本文采用静电纺丝和水热法制备了ZnO/CNFs纳米复合纤维，使用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、矢量网络分析仪等技术对目标产物的结构、形貌和电磁波吸收特性进行了表征。结果显示，水热法90℃ 9h制备的复合纳米纤维中晶粒生长良好，没有其他杂质。通过计算得到ZnO/CNFs复合纳米纤维的直径约为308nm。在16GHz左右样品的介电常数的虚部有最大值，材料吸收高频波能力很强。利用电磁参数计算出材料的反射损耗，对复合材料的吸波性能进行了评估，当涂层厚度为1.6mm时，低于–20 dB的带宽达到6 GHz以上，最小反射损耗-43dB，达到这最小反射损耗的频率为14.5GHz左右。该样品具有宽频、强吸收、阻抗匹配性好的特点。
 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: *351916072* 
关键词ZnO/CNFs复合材料 静电纺丝 水热法 微波吸收
目录
第一章 绪 论 1
1.1 研究背景及其目的 1
1.2 静电纺丝基本装置及其原理 2
1.3 水热法 3
1.4 吸波材料 3
1.4.1 吸波材料简介 3
1.4.2 吸波材料的种类 3
1.4.3 吸波材料的特性以及性能参数 4
第二章 实验 5
2.1 实验药品及其仪器 5
2.1.1 实验药品 5
2.1.2 实验仪器 5
2.2 碳纤维的制备 5
2.3 ZnO/CNFs复合材料的制备 6
2.4 ZnO/CNFs复合材料的表征 6
2.4.1 扫描电子显微镜(SEM) 6
2.4.2 X射线衍射仪(XRD) 6
2.4.3 吸波性能的测试 7
第三章 实验数据及其分析 8
3.1 样品的扫描电镜图分析 8
3.2 样品的XRD图谱分析 9
3.3 电磁参数的分析 10
3.3.1 不同样品的复介电常数与磁导率分析 10
3.3.2 磁损耗与介电损耗分析 12
3.3.3 吸波性能的分析 13
第四章 结 论 16
致 谢 17
参考文献 18
第一章 绪论
1.1 研究背景及其目的
随着科学技术的发展，微波吸收材料不仅在军事领域上的需求日益增加，而且在这个信息时代，手机电子产品的高速发展，人们生活的空间里到处充满电磁波，人们的生产生活开始时刻受到电磁波的干扰，因此具有经济节约，吸收频段宽且吸收强度高等优良的微波吸收材料的研制迫在眉睫。
传统的微波吸收材料往往一般是磁性的金属纳米颗粒，这种材料成本高且比重较大。并且传统吸波材料往往因为密度大、稳定性差或吸收频带窄、匹配厚度大等这种缺点制约了传统吸波材料的发展和应用。
传统吸波材料的吸波机理主要有：Salisbury屏[1][2]和Jaumann吸收体等[3][4]，一种是利用四分之一波长反射波与入射波相位叠加相抵消吸波，而另一种是利用介电损耗和磁损耗机制吸波。其中电损耗又分为电阻损耗和介电损耗，与此相对应的材料：列如BaTi03[5]、四针状ZnO等[6][7][8]，这些吸收材料是利用电偶极子的振荡产生的介电损耗来吸收电磁波。电阻损耗型主要是碳纤维、碳黑等[9][10][11]，他们是利用本身的欧姆电阻消耗电磁波能量来达到电磁波的吸收，磁损耗材料主要有羰基铁[5]、铁磁纤维(晶须)。
含纳米纤维的吸收剂的吸波材料具有具有优良的电磁性能、力学性能和理化性能，在结构型或涂覆型吸波材料中有着广泛的应用前景。碳纳米纤维作为一种重要的吸收材料，凭借其低密度、耐高温、抗腐蚀和优异的电学性能等优点受到人们的关注。然而碳纳米纤维主要是由非晶碳组成的，其性能存在一些不足，作为典型的介电损耗材料，其磁导率相对较低，电磁匹配性能较差，导致了磁滞损耗也很低，影响碳纤维的微波吸收性能的进一步提高。很多科学家们设想将某些金属粒子、金属氧化物或聚合物通过沉积生长法将其生长在碳纤维或者碳纳米管的表面，期望通过其介电损耗和磁滞损耗的有效联合，获得更高效率的微波吸收剂[12][13]。而ZnO 纳米结构具有很多优异的特性，凭借其具有较宽的带隙和独特的化学稳定性，在紫外发光二极管、压电转换、声波器件、生物荧光探针、气敏传感器、太阳能电池及电磁波吸收等诸多领域都有重要的应用[14][15][16]。而纳米氧化锌具有半导体的特性，在室温下具有比块材氧化锌更高的导电性，因而能起静电屏蔽作用。可制成抗静电涂料及白色导电纤维，同时其调色优于常用导电材料碳黑，故应用更为广泛。因此我们考虑将 ZnO 与碳纤维进行复合，期待通过多重的介电损耗获得具有更高微波吸收效率的材料。
本项目将基于静电纺丝技术和水热法，将不同比例的ZnO纳米颗粒均匀分布于碳纳米纤维表面，研究比较它们的微波吸收性能，制备出具有强抗氧化性和强耐腐蚀性，且质轻、宽频、强吸收、阻抗匹配性好的ZnO/CNFs复合纳米纤维微波吸收材料。
1.2静电纺丝基本装置及其原理
静电纺丝基本装置主要由三部分组成，即高压电源、供液器( 带有注射泵和针头) 和收集装置，如图1 所示。高压电源主要是使纺丝液形成带电喷射流，供液器为纺丝提供纺丝液，而大多数收集装置为带有铝箔纸的平板收集装置。高压电源的一极接在注射器的针头上，另一极与收集装置相连。纺丝液在泵的推力作用下被挤出，在高压电场的作用下形成带电喷射流，带电喷射流经拉伸、凝固无规则收集在铝箔纸上，形成无纺布。为了制备结构形貌可控的纤维，静电纺丝设备得到不断改进。
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图 1 静电纺丝基本装置
Fig 1,Basic electrospinning apparatus
静电纺丝的基本原理是: 聚合物纺丝液在电场力及表面张力作用下，在注射器的针头处产生一个圆锥形的液滴( 称之为Taylor 锥) ，当电场力大于Taylor 锥的表面张力时，带电的纺丝液就会从Taylor锥中被拉伸出来。在丝的形成过程中，带电的喷射流由于不稳定被拉伸，变得越来越细，与此同时大部分的溶剂挥发，固化后的纤维无规地排列在接地的收集板上，形成纤维膜，即无纺布[17][18]。研究者还用Maxwell 线性方程计算喷射流的三维轨道，其计算值与实验数据相符。研究结果表明，超细纤维的形成主要是外加电场和表面电荷间的相互作用引起喷射流不稳定，导致喷射流不断地被拉伸和加速[19]。Feng等[20]提出了另一种模型解释了带电喷射流在电场中的运动状况，并提出非线性流变学所起的作用。这些研究都有力地解释了静电纺丝的机理。

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