雷达波吸收材料的纳微结构与性能关联性研究

纳微结构吸波材料由于具备吸波频带宽、兼容性好、质量轻和厚度薄等特点，在通常的防辐射污染以及航空航天等高科技领域具有重要应用前景。吸波材料的吸收特性与其吸收剂的结构直接发生关联，因此研究吸波性能于纳微结构之间的构效关系及其基本规律有特别重要的意义。本项目拟以具有吸收雷达波波段的材料为研究对象，侧重其纳微结构调控与性能关联性研究。具体包括纳微米材料的组分、粒度、形貌与其复介电常数、复磁电常数关系研究，进而研究其与吸波性能的关系，获得吸波材料的吸波机制。通过材料的磁性、导电性与吸波特性的研究，实现材料的电、磁性质的调控；发现纳微结构(形态和尺度)与性能间的构效关系及基本规律，为设计制备具有"薄、轻、宽、强"特点的新型吸波材料提供理论依据，进而指导相关新材料的设计合成。

该项目现已完成了预定研究计划，取得的主要成果有：发表了SCI论文28篇，其中，发表在Chem. Mater.、J. Mater. Chem.、Nanoscale等影响因子为4以上的学术期刊17篇；项目执行期间，“功能无机物的纳微结构调控与特性研究”项目获2011年度教育部高等学校自然科学奖一等奖；三年内共培养博士生2名，硕士生4名。该项目的顺利完成为今后的研究工作奠定了坚实的研究基础。具体工作与取得的进展概述如下：. 采用色氨酸为配位剂，溶剂热法控制合成了CdSe中空纳米球，吸波性能测试表明，CdSe中空纳米球在2-18 GHz 范围内有明显的吸收，其强度明显高于实心的纳米球；采用树枝形α-Fe2O3纳米结构为前躯体，通过控制反应条件分别得到了Fe3O4、γ-Fe2O3、Fe三种不同的物相，并且都保持了前驱体的树枝型形貌，这三种产物均在2-18 GHz区间内有较强的吸收，而且随着厚度的增加，吸收频带均向低频带方向移动；采用溶剂热方法和随后的热处理成功地合成了球形Ni/C 块体材料，吸波性能测试表明，该Ni/C 块体材料在2-18 GHz范围内，呈现极强的微波吸收，其中镍的担载量为18.2%的样品在13.7GHz处具有最大的微波吸收值；采用一步法由氧化石墨出发直接合成了镍/石墨烯复合材料，镍纳米粒子的尺寸是50-100 nm，该材料对雷达波有一定的吸收，同时该复合物对高氯酸胺热分解具有很好的催化效果；采用抗坏血酸辅助一步法合成了Fe3O4/石墨烯纳米复合材料，Fe3O4纳米粒子均匀分散在石墨烯纳米片上，磁性测量表明，Fe3O4/石墨烯复合材料呈现超顺磁特性，而且呈现良好的电化学性能；采用抗坏血酸为还原剂和包覆剂合成了高比表面积的Fe3O4纳米粒子，并具有良好的吸附砷离子的作用；采用溶液法合成了几种基于碳/石墨烯的复合纳米材料，如Mn3O4/石墨烯、氮掺杂的碳材料、锗修饰的碳材料、WO3/石墨烯复合材料、氧化石墨/nafion复合材料等，分别研究了这些复合材料的催化性能、吸附性能、电化学性能、传感性能等；采用两步法合成了介孔的CuO-CeO2纳米球以及Fe-Cu双功能纳米粒子，与传统的合成方法相比，该方法得到的这两种催化剂的催化性能明显提高；采用液相方法，合成了SnO2、MoO2、Zn2SnO4、In2O3等纳米材料，并研究了它们的电化学行为、发光和传感性能。