四氧化三鐵-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備及其微波吸收性能和鋰電性能研究.pdf

1、Fe3O4/還原氧化石墨烯(r-GO)復(fù)合材料因其優(yōu)越的電化學(xué)、磁學(xué)等性能在吸波材料、磁性材料、鋰離子電池負(fù)極材料、催化材料等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。本文通過(guò)溶劑熱法分別制備出了不同形貌的Fe3O4納米顆粒以及Fe3O4/r-GO復(fù)合材料，分別采用掃描電子顯微鏡(SEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、X-射線衍射(XRD)、Raman光譜等手段對(duì)產(chǎn)物的形貌及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并初步探討了復(fù)合材料中Fe3O4納米顆粒以及Fe3O4空

2、心半球在r-GO表面的生長(zhǎng)機(jī)理。此外，我們還對(duì)Fe3O4納米顆粒和空心球、Fe3O4納米顆粒/r-GO復(fù)合材料、Fe3O4空心半球/r-GO復(fù)合材料在吸波材料和鋰離子電池負(fù)極材料上的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并探討了該復(fù)合材料性能受其形貌的影響。
　　 主要工作內(nèi)容如下：
　　 一.采用溶劑熱法，在乙二醇和N，N-二甲基甲酰胺混合溶劑體系中，合成了Fe3O4納米顆粒和Fe3O4納米顆粒/r-GO復(fù)合材料。SEM和TEM表征結(jié)果顯示

3、Fe3O4納米顆粒平均粒徑為60 nm，顆粒團(tuán)聚比較嚴(yán)重；而復(fù)合材料中Fe3O4納米顆粒平均粒徑為20 nm，且比較均勻地分散在r-GO表面，這說(shuō)明r-GO對(duì)納米顆粒的團(tuán)聚起到了一定的抑制作用。對(duì)材料的充放電循環(huán)性能的研究結(jié)果表明，與Fe3O4納米顆粒相比，F(xiàn)e3O4/r-GO復(fù)合材料具有較高的充放電比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　 二.采用溶劑熱法在乙二醇體系中以P123為軟模板制備了Fe3O4空心球。通過(guò)SEM和TEM對(duì)制備

4、的材料進(jìn)行了表征，結(jié)果表明空心結(jié)構(gòu)顆粒粒徑分布在200～600 nm之間，是由尺寸為幾十納米的小顆粒組裝形成的，且表面都比較粗糙。同時(shí)在上述體系中加入氧化石墨(GO)并以其為Fe3O4顆粒生長(zhǎng)基質(zhì)，制備出了Fe3O4空心半球/r-GO復(fù)合材料，研究了反應(yīng)物的配比、反應(yīng)時(shí)間以及反應(yīng)溫度對(duì)Fe3O4空心半球形貌的影響，并初步探討了復(fù)合材料中Fe3O4空心半球在r-GO表面的生長(zhǎng)機(jī)理。
　　 三.r-GO的質(zhì)量比較輕，電導(dǎo)率也比較高，

5、同時(shí)其表面帶有羥基、羧基、羰基和環(huán)氧基等含氧基團(tuán)，可以產(chǎn)生缺陷極化和電子偶極子弛豫等現(xiàn)象，因此有利于電磁波的吸收和衰減。將Fe3O4與r-GO復(fù)合后，使復(fù)合材料兼具介電損耗和磁損耗，有利于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配；另外導(dǎo)電碳材料的反射損耗位于低頻范圍(8～12GHz)，而Fe3O4納米材料的反射損耗一般發(fā)生于較高的頻率范圍，因此兩種材料的復(fù)合還有利于吸波頻帶的拓寬。研究結(jié)果表明，在2-18 GHz頻率范圍內(nèi)，當(dāng)Fe3O4空心半球/r-GO復(fù)合材料的

6、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％，厚度為2.0 mm時(shí)，復(fù)合材料在頻率為12.9 GHz具有最大的反射損耗值為24 dB，反射損耗值在-10 dB以下的吸波寬度達(dá)到了4.9 GHz，吸波頻率范圍為10.8-15.7 GHz。相比于純r(jià)-GO、Fe3O4空心球和實(shí)心Fe3O4/r-GO復(fù)合材料，F(xiàn)e3O4空心半球/r-GO復(fù)合材料不僅增加了微波吸收損耗，而且也拓寬了有效吸收頻帶。
　　 四.研究了Fe3O4空心球和Fe3O4空心半球/r-GO復(fù)合