摘要
目前，随着科学技术的飞速发展，电子设备已经普及到我们日常生活中的方方面面，但其带来的电磁辐射也给人类的身体健康和电子设备的正常使用带来了负面作用。吸波材料是一种可以将电磁波能量吸收并损耗的功能材料，为了降低这些危害带来的影响，吸波材料已经引发了越来越多人们的关注。目前,纤维结构由于其具有高的长径比、比表面积大以及各向异性等特点，有利于电磁波的多重散射及电导损耗，其中碳纤维因其质量较轻、成本较低、来源性广、导电性好等特点，在电磁波吸收领域得到了广泛的应用。然而单一使用碳纤维时损耗机制单一且阻抗匹配特性较差，因此常常需要与半导体材料和磁性颗粒复合，制备出具有优异电磁波吸收性能的纳米复合纤维。静电纺丝因其纺丝成本低、操作简便、可纺种类繁多、技术成熟、可进行大批量生产等优点，目前已成为制备纳米纤维的主要工艺手段之一。本文以静电纺丝为基础，结合煅烧、吡咯包覆、碳化等工艺制备了ZnO@C核壳纤维、ZnO/Fe3O4@C中空核壳纤维、CeO2/Co/C纳米复合纤维，对其电磁波吸收性能及机理进行了研究，主要结果如下: (1)通过静电纺丝法、空气煅烧、吡咯包覆工艺制备了核壳结构的ZnO@C纳米复合纤维。研究了不同碳含量对复合纤维电磁波吸收性能的影响。由于碳的引入，显著提高了损耗能力，验证了半导体与碳材料在改善电磁波吸收能力的协同作用。利用矢量网络分析仪测得电磁参数后计算吸波性能，ZC-0.25在在厚度为2.7mm,频率为11.8GHz时，达到最小的RL值为-71.1dB;匹配厚度为2.2mm时，最大有效吸收带宽达4.9GHz。结果表明碳含量的增加不仅有利于增加损耗能力，同时有利于降低匹配厚度。但需控制在一定范围内，以获得良好的阻抗匹配特性。 (2)在上一章的基础上，引入磁性颗粒，通过静电纺丝、煅烧、吡咯碳化工艺制备了中空核壳ZnO/Fe3O4@C纳米复合纤维，通过改变碳含量研究其对电磁波吸收性能的影响。ZFC-0.25表现出优异的吸波性能，在匹配厚度为2.2mm处的RL最小值为-74.2dB,吸收带宽值为5.5GHz(12.2-17.7GHz)。形成的中空结构降低了吸波材料的密度，符合轻量化的设计要求。同时引入空气，有利于进一步优化阻抗匹配。核壳结构带来大量的异质界面，也极大地促进了界面极化效应，并通过HFSS模拟了材料在电磁波的激励作用下，验证了异质界面极化效应的产生。 (3)通过静电纺丝、预氧化、碳化工艺制备了CeO2/Co/C纳米复合纤维。为了探究稀土氧化物的引入对吸波性能有何影响，在CNFs纤维的基础上，引入了CeO2,此时电磁波吸收性能获得了显著提升，并与常见的半导体金属氧化物ZnO和MnO纳米纤维进行对比，CeO2/C纳米纤维有效吸收带宽可达到7.6GHz,具有宽频吸收能力。但最大损耗处厚度及匹配厚度较厚，在此基础上引入Co后，进一步优化了阻抗匹配，增加磁损耗并降低了匹配厚度，在16.8GHz,2.2mm处最低RL值可达到-61.4dB,最大有效吸收带宽可达到7.2GHz,具有优异的电磁波吸收性能。
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