四氧化三鐵-還原氧化石墨烯復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)復合材料因其優越的電化學、磁學等性能在吸波材料、磁性材料、鋰離子電池負極材料、催化材料等方面具有廣泛的應用前景。本文通過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光譜等手段對產物的形貌及結構進行了分析，并初步探討了復合材料中Fe3O4納米顆粒以及Fe3O4空

2、心半球在r-GO表面的生長機理。此外，我們還對Fe3O4納米顆粒和空心球、Fe3O4納米顆粒/r-GO復合材料、Fe3O4空心半球/r-GO復合材料在吸波材料和鋰離子電池負極材料上的應用進行了研究，并探討了該復合材料性能受其形貌的影響。
　　 主要工作內容如下：
　　 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復合材料。SEM和TEM表征結果顯示

3、Fe3O4納米顆粒平均粒徑為60 nm，顆粒團聚比較嚴重；而復合材料中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，這說明r-GO對納米顆粒的團聚起到了一定的抑制作用。對材料的充放電循環性能的研究結果表明，與Fe3O4納米顆粒相比，Fe3O4/r-GO復合材料具有較高的充放電比容量和良好的循環穩定性。
　　 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SEM和TEM對制備

4、的材料進行了表征，結果表明空心結構顆粒粒徑分布在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。同時在上述體系中加入氧化石墨(GO)并以其為Fe3O4顆粒生長基質，制備出了Fe3O4空心半球/r-GO復合材料，研究了反應物的配比、反應時間以及反應溫度對Fe3O4空心半球形貌的影響，并初步探討了復合材料中Fe3O4空心半球在r-GO表面的生長機理。
　　 三.r-GO的質量比較輕，電導率也比較高，

5、同時其表面帶有羥基、羧基、羰基和環氧基等含氧基團，可以產生缺陷極化和電子偶極子弛豫等現象，因此有利于電磁波的吸收和衰減。將Fe3O4與r-GO復合后，使復合材料兼具介電損耗和磁損耗，有利于實現阻抗匹配；另外導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生于較高的頻率范圍，因此兩種材料的復合還有利于吸波頻帶的拓寬。研究結果表明，在2-18 GHz頻率范圍內，當Fe3O4空心半球/r-GO復合材料的

6、質量分數為30％，厚度為2.0 mm時，復合材料在頻率為12.9 GHz具有最大的反射損耗值為24 dB，反射損耗值在-10 dB以下的吸波寬度達到了4.9 GHz，吸波頻率范圍為10.8-15.7 GHz。相比于純r-GO、Fe3O4空心球和實心Fe3O4/r-GO復合材料，Fe3O4空心半球/r-GO復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復合