溶膠凝膠法制備SiO2/活性炭復合材料及其吸波性能研究

摘 要：以正硅酸乙酯為硅的前驅體、活性炭為基體，通過溶膠凝膠反應制備SiO2/活性炭復合材料；以XRD， SEM， BET以及電磁參數測定等手段，對SiO2/活性炭復合體的孔隙結構、電阻率、以及電磁參數等性質進行表征.實驗結果表明，活性炭與正硅酸乙酯混合后，經過溶膠凝膠反應，SiO2與活性炭形成結構均一的復合物，且溶膠凝膠溫度較低時，反應速度較慢，生成的SiO2顆粒較小、分布較均勻.通過改變SiO2的質量分數量，可以改變SiO2/活性炭復合材料的電磁參數，進而影響其對電磁波的吸收性能，當SiO2質量分數為12%時，復合材料有最佳吸波性能.

關鍵詞：活性炭；溶膠凝膠；復合材料；吸波性能

中圖分類號： TQ127文獻標識碼：APreparation of Active Carbon/SiO2 Composites

in SolGel Method and Its Microwave Absorption

隨著現代電子技術的發展，電子產品數量急劇增加，由此產生的各種電磁波輻射，對人們的生產、生活造成極大影響，成為新的環境污染源[1].電磁波吸收材料能使電磁波能轉化為熱能或其他形式的能，從而有效降低電磁污染.但是傳統的吸波材料如鐵磁型吸波材料，由于其面密度較大、不耐腐蝕等缺點，不利于制備成“薄、輕”型的吸波材料，在許多領域的使用受到限制[2].

近年來越來越多的研究發現，很多炭素材料，如炭黑、炭納米管、石墨烯等，具有獨特的吸波性能，可用于設計新型、高性能的吸波材料[3-6].但是炭素材料往往電導率較高，是雷達波的強反射體，只有經過特殊處理后，調節電導率至一定值才能使其具有吸波功能.活性炭是一種應用廣泛、成本低廉的傳統炭材料，具有面密度小、內部孔結構發達，比表面積大、性質穩定等優異的特點；它吸波能力強，但是吸收頻寬比較窄，嚴重限制了其作為吸波材料的應用，將活性炭與其他材料（如聚合物、金屬或無機物）復合制成寬頻帶型吸波材料的研究受到了廣泛關注[7-8].SiO2是一種優良的透波材料，同時也是很好的介電材料，具有很好的絕緣性、抗氧化性以及耐高溫性能，研究表明將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，調節材料的電導率，提高材料的吸波性能[9-11].

本文通過溶膠凝膠法使SiO2與活性炭復合，研究了SiO2質量分數對復合體吸波性能的影響，設計、制備了一種具有優良吸波性能的SiO2/AC復合材料，為新型吸波復合材料的開發提供了新的技術途徑.

湖南大學學報（自然科學版）2012年第11期劉洪波等：溶膠凝膠法制備SiO2/活性炭復合材料及其吸波性能研究1 實 驗

1.1 原材料

活性炭（AC）為天津市恒興化學試劑制造有限公司產品；正硅酸乙酯（TEOS）為天津市大茂化學試劑廠產品；其他均為市售分析純試劑.

1.2 樣品制備

將正硅酸乙酯（TEOS）與活性炭按一定的質量比置于燒杯中，加入適量的無水乙醇和氨水攪拌均勻，超聲分散30 min后在-0.01 MPa的真空度下保持1 h，不同溫度下靜置至凝膠，于80 ℃老化、干燥處理.干燥后的樣品取出研磨、過200目篩，適量石蠟混合壓制成外徑7 mm， 內徑3.07 mm， 高3.0 mm的同軸環，測試其電磁參數.

1.3 性能測試

XRD采用德國布魯克公司D8ADVANCE型X射線衍射儀；形貌觀察采用日本電子公司JEOL6700F型掃描電子顯微鏡；粉末電阻率測試采用山西煤炭化學研究所科學儀器廠GMⅡ型多功能電阻率自動測定儀；電磁參數和反射損耗采用Agilent公司的8720ET網絡矢量分析儀在2～18 GHz波段范圍內用弓形架法進行測試.2 結果與討論

2.1 SiO2/AC復合體的結構特征

TEOS溶液在真空條件下浸入活性炭孔隙中，按（1）的方式在不同的溫度下發生溶膠凝膠反應，然后在80 ℃左右進行凝膠老化處理，發生（2）中反應形成SiO2/AC復合體.