溶胶凝胶法制备SiO2/活性炭复合材料及其吸波性能研究

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摘 要：以正硅酸乙酯为硅的前驱体、活性炭为基体，通过溶胶凝胶反应制备SiO2/活性炭复合材料；以XRD， SEM， BET以及电磁参数测定等手段，对SiO2/活性炭复合体的孔隙结构、电阻率、以及电磁参数等性质进行表征.实验结果表明，活性炭与正硅酸乙酯混合后，经过溶胶凝胶反应，SiO2与活性炭形成结构均一的复合物，且溶胶凝胶温度较低时，反应速度较慢，生成的SiO2颗粒较小、分布较均匀.通过改变SiO2的质量分数量，可以改变SiO2/活性炭复合材料的电磁参数，进而影响其对电磁波的吸收性能，当SiO2质量分数为12%时，复合材料有最佳吸波性能.

关键词：活性炭；溶胶凝胶；复合材料；吸波性能

中图分类号： TQ127文献标识码：APreparation of Active Carbon/SiO2 Composites

in SolGel Method and Its Microwave Absorption

随着现代电子技术的发展，电子产品数量急剧增加，由此产生的各种电磁波辐射，对人们的生产、生活造成极大影响，成为新的环境污染源[1].电磁波吸收材料能使电磁波能转化为热能或其他形式的能，从而有效降低电磁污染.但是传统的吸波材料如铁磁型吸波材料，由于其面密度较大、不耐腐蚀等缺点，不利于制备成“薄、轻”型的吸波材料，在许多领域的使用受到限制[2].

近年来越来越多的研究发现，很多炭素材料，如炭黑、炭纳米管、石墨烯等，具有独特的吸波性能，可用于设计新型、高性能的吸波材料[3-6].但是炭素材料往往电导率较高，是雷达波的强反射体，只有经过特殊处理后，调节电导率至一定值才能使其具有吸波功能.活性炭是一种应用广泛、成本低廉的传统炭材料，具有面密度小、内部孔结构发达，比表面积大、性质稳定等优异的特点；它吸波能力强，但是吸收频宽比较窄，严重限制了其作为吸波材料的应用，将活性炭与其他材料（如聚合物、金属或无机物）复合制成宽频带型吸波材料的研究受到了广泛关注[7-8].SiO2是一种优良的透波材料，同时也是很好的介电材料，具有很好的绝缘性、抗氧化性以及耐高温性能，研究表明将SiO2包覆在吸波材料的表面，能有效地改善吸波材料的匹配性能，调节材料的电导率，提高材料的吸波性能[9-11].

本文通过溶胶凝胶法使SiO2与活性炭复合，研究了SiO2质量分数对复合体吸波性能的影响，设计、制备了一种具有优良吸波性能的sio2/AC复合材料，为新型吸波复合材料的开发提供了新的技术途径.

湖南大学学报（自然科学版）2012年第11期刘洪波等：溶胶凝胶法制备SiO2/活性炭复合材料及其吸波性能研究1 实 验

1.1 原材料

活性炭（AC）为天津市恒兴化学试剂制造有限公司产品；正硅酸乙酯（TEOS）为天津市大茂化学试剂厂产品；其他均为市售分析纯试剂.

1.2 样品制备

将正硅酸乙酯（TEOS）与活性炭按一定的质量比置于烧杯中，加入适量的无水乙醇和氨水搅拌均匀，超声分散30 min后在-0.01 MPa的真空度下保持1 h，不同温度下静置至凝胶，于80 ℃老化、干燥处理.干燥后的样品取出研磨、过200目筛，适量石蜡混合压制成外径7 mm， 内径3.07 mm， 高3.0 mm的同轴环，测试其电磁参数.

1.3 性能测试

XRD采用德国布鲁克公司D8ADVANCE型X射线衍射仪；形貌观察采用日本电子公司JEOL6700F型扫描电子显微镜；粉末电阻率测试采用山西煤炭化学研究所科学仪器厂GMⅡ型多功能电阻率自动测定仪；电磁参数和反射损耗采用Agilent公司的8720ET网络矢量分析仪在2～18 GHz波段范围内用弓形架法进行测试.2 结果与讨论

2.1 SiO2/AC复合体的结构特征

TEOS溶液在真空条件下浸入活性炭孔隙中，按（1）的方式在不同的温度下发生溶胶凝胶反应，然后在80 ℃左右进行凝胶老化处理，发生（2）中反应形成SiO2/AC复合体.