摘 要

随着如今科学技术告诉的发展，大功率电子系统和电子信息的急剧发展导致电磁污染的增加，电磁波在现代人们的日常生活中扮演着重要的角色，例如说在探测、医疗和通信等领域都发挥了重要作用。以ZnO为基体的材料作为重要的宽带隙半导体，已经广泛地应用于传感器，光学和磁科学。由于其具有轻质，半导体性质和新颖的形貌等特点，它被认为是最有可能成为在吉赫兹范围内使用的理想候选物，受到了很多科技工作者的广泛关注。研究以ZnO基吸波材料具有非常重要的科学研究价值与社会意义。

本课题是研究基于金属有机骨架（Metal-organic frameworks, MOFs）材料ZIF-8制备ZnO-C复合吸波材料。采用Zn(NO₃)₂·6H₂O提供金属离子，2-甲基咪唑作为有机配体，在室温搅拌下合成ZIF-8，以ZIF-8为模板高温下烧制成ZnO-C材料。ZnO-C材料保持了十分良好的结构形貌，并且具有密度小，比表面积大的特点，适合作为吸波剂。同时ZnO-C复合材料中包含金属氧化物（ZnO）以及碳材料，所形成的复合吸波剂与单一组分吸波剂（ZnO和C）相比，具有更加良好的性能，是因为高度多孔结构和多种组分之间的协同效应显著改善了阻抗匹配。

本文采用新型的高温煅烧法制备具有均匀的八面体形貌，且保持良好的多孔性和高的比表面积的ZnO-C复合吸波材料，我们通过XRD、SEM、拉曼光谱以及同轴测试等技术对复合材料的物相、显微结构、吸波性能进行测试，并对表征结果进行对比与分析。

关键词：吸波剂，金属有机骨架，ZIF-8，ZnO-C复合材料

Abstract

With the rapid development of technology, high-power electronic systems and electronic information that led to the increase in electromagnetic pollution. Electromagnetic wave plays a vital role in human life nowadays, such as in medicine, communications, detection and the other fields. ZnO-based materials, as a special wide-band-gap semiconductor, has been widely applied in optic, sensors and optoelectronics. Because of advantages in respect of lightweight, semicon-ductive properties as well as the novelty three-dimensional structure, ZnO-based materials has been attracted much attention recently. Therefore, it has significant scientific and social value in studying Zn0-based materials.

The study is based on Metal-organic frameworks (MOFs) ZIF-8 to study the preparation of ZnO-C composite absorbing material. In this paper, Zn(NO₃)₂·6H₂O was used as the organic ligand, and ZIF-8 was synthesized by stirring at room temperature. ZnO-C composites were prepared by using metal organic skeleton compounds as templates which has not been studied, ZnO-C materials are formed at high temperature respectively. It has a very good structural morphology and high density and large specific surface area. Which is suitable for a wave absorber. In addition the ZnO-C material contains both metal oxides and carbon material, the formation of composite absorbing agent has a better performance than a single component absorber.

In this paper we used Metal-organic frameworks (MOFs) ZIF-8 to synthesis ZnO-C composites, which has uniform octahedral morphology, and maintains good porosity and high specific surface area. The X-ray diffraction (XRD, Rigaku D/max-III) was carried out to analyze the structure of ZnO-C nanocomposite.The surface morphologies of ZnO-C nanocomposite were observed by using a Zeiss Ultra Plus Feild emission scanning electron microscope SEM). Vector network analyzer also used to analyze the asorbing performance of ZnO-C nanocomposite.

Key words: Microwave absorbing materials, Metal-organic frameworks, ZIF-8，ZnO-C nanocomposite

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 金属有机骨架材料 1

1.1.1 金属有机骨架材料介绍 1

1.1.2 金属有机骨架材料研究现状 1

1.1.3 金属有机骨架材料制备多孔碳复合材料 3

1.2 ZnO-C吸波材料概述 4

1.2.1 吸波材料的研究意义 4

1.2.2 吸波材料的基本原理 6

1.2.3 吸波材料损耗微观机制 7

1.2.4 ZnO-C吸波性能的研究 8

1.3 课题研究意义 9

第2章 实验研究方法 10

2.1 化学试剂与仪器 10

2.2 表征方法 11

第3章 MOFs材料ZIF-8制备ZnO-C复合吸波材料及表征 12

3.1 研究内容 12

3.2 实验过程 12

3.2.1 ZIF-8的制备 12

3.2.2 ZnO-C复合材料的制备 13

3.2.3 材料表征 13

3.3 结果与讨论 14

3.3.1 温度对ZIF-8材料的影响分析 14

3.3.2 ZnO-C复合材料的结构与形貌分析 15

3.3.3 C元素在ZnO-C复合材料中的掺杂状态分析 17

第4章 ZnO-C复合材料的吸波性能分析 18

4.1 引言 18

4.2 实验 18

4.2.1 实验试剂与仪器 18

4.2.2 实验过程 19

4.3 分析与讨论 20

4.3.1 电磁性能分析 20

4.3.2 吸波性能分析 22

第5章 结论 24

参考文献 25

致谢 27

绪论

金属有机骨架材料

金属有机骨架材料介绍

金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks, MOFs，我们也称为PCP或者多孔配位聚合物)，是通过金属（或金属簇）与有机配体组成，能够在合适的实验条件下通过以金属有机骨架化合物作为前驱体来制取金属氧化物^[1]。由于它们具有结构和功能可调谐性的特点，金属有机骨架化合物（MOFs）的研究已经成为化学界中发展最快的领域之一，其通过使用一组学者们公认的配位化学原理，已经引起了研究者们的极大的兴趣^[2]。基于有机连接体的几何形状和无机金属离子或金属离子簇的配位模式，我们可以根据所需的目标性能设计MOFs结构。金属有机骨架化合物（MOFs）的一个关键结构特征是具有超高孔隙率高（90％的自由体积）和极高的内表面积，这使其在功能应用中发挥关键作用，比如在气体分离和存储^[4,5]，传感^[6]，质子传导和药物传递^[7]等领域扮演着重要的作用。

大多数情况下，多孔MOFs显示微孔特征，而孔径可以通过调整双向或多向刚性有机连接体的长度从几埃到几个纳米不等。此外，金属有机骨架材料的功能性可以源自金属组分和有机连接体，例如金属组分的性质体现为磁性，催化方向，有机连接体一般具有手性，发光，非线性光学（NLO）等应用，或者是结合了二者的性能。近年来，随着科研工作者们的深入研究，所研究的MOFs已经逐渐变为新功能化材料研究的热点之一，它离实际商业用途已经变得越来越近。

金属有机骨架材料研究现状

在过去二十年中，科研工作者们对新型MOFs结构探索和其用途以及MOFs的商业化做了大量的研究工作^[8,9]。然而，MOFs在某些方面也表现出来一些不足，比如化学稳定性并不尽如人意等缺点，因此在某种程度上会限制了其应用的前景。为了能够满足MOFs的实际应用，科研工作者们希望通过引入新功能材料来进一步提高它们的性能。值得注意的是，近些年来，将MOFs与各种功能材料进行组合形成复合材料的想法被人们所提出，通过将两种或者多种材料的优点进行结合并且尽可能缩小各自的缺点。MOFs复合材料的探索为高性能复合材料的合成提供了一个架构平台MOFs和各种功能材料的优点可以显现出来，MOFs材料具有结构适应性和柔性，有序结晶的高孔隙率的特点。并且由于功能材料独特的电学，光学，磁和催化性能。所以，未曾出现的物理和化学性质在复合材料中得以实现。