摘要
近年来，微波遥感和无线通信等领域呈现高速发展势态，大量的射频元件在各类电子设备中应用广泛。随之产生的电磁波逸散在对正常信号和系统稳定性产生不利影响的同时，甚至会使人们的身体健康受到危害。为了应对现代生活中不容忽视的电磁波污染，吸波材料在各场景中被越来越多的使用。传统的碳吸波剂只有单一的损耗来源，这使得它们难以实现较好的阻抗匹配；磁性吸波剂存在密度大、粒度分散不均匀的问题，其使用范围进一步受到限制。设计特定的微观结构，调节复合材料中不同组分的结合状态和比例是优化阻抗匹配、改善吸波性能的有效手段。为此，本课题将葡萄糖碳球作为核心分别设计构建了多种微球吸波剂，并对其形貌和电磁性能展开深入研究，以期制备出兼具较低密度和优异吸波性能的吸波剂。 首先，以葡萄糖为原料通过水热反应制备了胶体碳球，研究了各项反应条件对其结构、形貌、分散性的影响。结果表明，具有高分子链结构的表面活性剂由于其显著的空间位阻效应，有效改善了葡萄糖碳球的分散性。其次，以不同粒径和分散度的碳球为模板，通过吸附-煅烧法制备了钴铁氧体空心微球；在此基础上，进一步采用二次水热-煅烧法制备了铁钴合金@碳复合微球。结果表明，空心化可以有效拓宽钴铁氧体的吸收带宽，减小匹配厚度；复合微球中无定形碳、铁钴纳米颗粒和石墨层的多层结构对提高导电损耗和极化弛豫损耗起着关键作用；此外，铁钴纳米粒子还提供了一定程度的磁损耗，对改善阻抗匹配做出了贡献；在30wt%的低吸波剂填充率下，铁钴合金@碳复合微球即可实现有效的微波吸收，其中水热时间分别为2h和12h的样品在厚度为1.6mm和2.6mm时分别达到-20.61dB和-51.36dB的最大反射损耗，它们的有效吸收带宽均达到了4.3GHz。最后，在溶液中通过原位聚合进行聚苯胺包覆，制备出了聚苯胺/铁钴合金@碳复合微球。结果表明，复合微球存在大量的偶极中心和异质界面，并且聚苯胺中的离域π键促进了电子传输迁移，进一步提高了介电损耗；聚苯胺包覆量约为50wt%的样品在填充率不变的情况下，最大反射损耗为-33.86dB，有效吸收带宽可达5.31GHz，厚度仅为1.7mm，表现出优异的微波吸收能力。
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