中空纳米结构的聚苯胺/FePt磁性纳米颗粒复合材料的制备及其吸波性能研究

Compared with the ferrite materials, FePt nanoparticles are of better chemical stability, higher susceptibility and saturation magnetization, and greater magnetic anisotropy energy. Polyaniline can be used in applications of the microwave shielding and absorption due to its structural diversity, environmental stability, ease of synthesis, low prices and special doping mechanism.Especially, polyaniline with hollow nano-structure is a promising candidate for absorbing materials. In this study, FePt and polyaniline will be selected as composite unit to prepare the hollow nano-structures polyaniline/FePt magnetic nanoparticle composites, and the effects of the structural factor on the wave absorbing property will be investigated. The electromagnetic property variation and its control and optimization will be studied during the wet chemical reduction process, doping-dedoping process. The absorbing composites with good impedance matching are finally prepared via computer simulation. Meanwhile, the behavior interaction between FePt magnetic nanoparticles and polyaniline, as well as between the two and electromagnetic waves will be explored, which will provide the theoretical and experimental basis for the design and development of new absorbing materials. Few reports in this research area have been found, so this research is of great academic value and social and economic significance.

FePt较之铁氧体材料具有更好的化学稳定性，更高的磁化率和饱和磁化强度、更大的磁晶各向异性能。聚苯胺由于其结构多样化、环境稳定性好、易于合成、价格低廉以及特殊的掺杂机制，在微波屏蔽和吸收方面具有一定的优势，特别是中空纳米结构的聚苯胺在应用于吸波材料上更具优势。本项目拟以FePt和聚苯胺为复合单元，制备中空纳米结构的聚苯胺/FePt磁性纳米颗粒复合材料，考察结构因素对材料吸波性能的影响规律。在此基础上研究在湿化学还原过程、掺杂-解掺杂过程中复合材料的电磁性能的变化规律和性能优化，结合计算机模拟计算获得阻抗匹配良好的吸波材料。同时，探讨FePt磁性纳米颗粒与聚苯胺之间，以及二者与电磁波之间的电磁作用机理，为设计开发薄轻的新型吸波材料奠定理论和实验基础。有关这方面的研究报道很少，因此本项目的研究具有重要的学术价值和社会经济意义。

随着电子、电信技术快速发展，电磁辐射污染日趋严重。因此研究“薄(涂层薄)、轻(涂层密度小)、宽(吸波频率范围宽)、强(吸波能力强)”的吸波材料成为的研究热点。聚苯胺由于其结构多样化、环境稳定性好、易于合成、价格低廉以及特殊的掺杂机制，在微波屏蔽和吸收方面具有一定的优势，特别是中空纳米结构的聚苯胺在应用于吸波材料上更具优势。本项目开展基于中空结构聚苯胺纳米复合材料的设计及其吸波性能研究具有重要的学术价值和良好的应用前景。.通过四年的研究工作，全面完成了项目原定计划的研究内容：制备出了结构可控的聚苯胺空心微球；通过掺杂研究了聚苯胺空心球的导电性能；制备出了基于聚苯胺空心球的多种纳米复合材料体系（包括PANI/Fe3O4、PANI/FePt、PANI/Fe3O4/CB、Fe3O4@PPy@PANI、EC/PANI/Fe3O4等），并系统研究了形貌、组成、掺杂对其吸波性能的影响规律，并探究了复合材料的吸波机理；借助于传输线理论，通过计算机编程模拟计算了复合材料吸波性能，并预报了吸波性能最优的控制条件。同时，为了对比中空结构的聚苯胺复合材料，项目也拓展了研究体系，开展了木质纤维/ Fe3O4复合材料的吸波性能研究。.研究发现：中空结构PANI/Fe3O4复合材料在X波段及Ku波段有一定的应用前景，并且D-PANI/Fe3O4复合材料RL<-10dB时的频宽可以达到6.0GHz(11~17GHz)，表现出了良好的阻抗匹配和微波吸收能力，有望成为一种宽频的新型吸波材料；PANI/Fe3O4/CB复合材料对高频段(大于16GHz)有较强的吸收；通过改变聚苯胺的含量，可以使Fe3O4@PPy@PANI复合材料吸收不同频段的电磁波；通过调控HCl的掺杂量，可以调控EG/PANI/Fe3O4复合材料吸收不同频段的电磁波；XFs/Fe3O4复合材料是理想的C波段吸波材料。.总之，通过该项目的实施，在基于中空结构聚苯胺复合吸波材料设计及其吸波性能取得了令人满意的研究成果，对设计轻、宽、强的新型吸波材料具有重要指导意义。