摘要
近年来，电磁波吸收材料受到了越来越多的关注，由于无线电子产品的大量使用，越来越多的电磁污染充斥在人类的生活环境中。因此，电磁波吸收材料成为一种具有巨大发展前景的研究领域。与传统的电磁屏蔽材料相比，吸波材料可以有效吸收电磁波，不会造成二次辐射，目前吸波材料表现出吸收强度较低、有效吸收带宽窄的缺点，因此需要对吸波材料更深入的研究，来满足“强、宽、轻、薄”的要求。铁(Fe)、钴(Co)等磁性纳米材料具有饱和磁化强度高、磁损耗能力强、成本低廉等优点而被视作良好的吸波材料，但同时它们也存在着密度大、阻抗匹配水平低、易氧化、吸收频带窄、还原困难等众多不足，难以满足理想吸波材料“吸波厚度薄、轻质、有效吸收频段宽、吸收强度强”的要求。近些年来，碳材料作为轻质吸波材料而受到研究者们的广泛关注，然而单一碳材料没有磁性，阻抗匹配水平较差，限制了其进一步拓展应用。为了克服以上不足，进一步优化磁性纳米材料和碳材料的电磁波吸收性能，本研究采用简易、低廉的合成工艺，通过结构调控、成分复合、构建纳米层级材料等策略实现多种损耗机制的协同作用，提升复合材料阻抗匹配水平，削弱涡流效应影响，最终达到“薄”“轻”“宽”“强”的吸波效果。本论文分别制备了Fe3O4微球、Co3O4微球、Fe@C双层复合包覆微球、Co@C双层复合包覆微球及Fe3O4@SiO2@C、Co3O4@SiO2@C三层复合包覆微球和Fe3O4@Void@C、Co3O4@Void@C中空核壳纳米微球，通过控制不同的反应条件，观察对纳米粒子微观形貌的影响。 采用原位聚合法和高温煅烧法得到Fe@C复合微球，通过改变处理温度、保温时间、升温速率等变量来实现对Fe@C复合材料形貌结构、物相组成及吸波性能的影响。研究表明，热处理温度为800℃下，保温时间为15min的梯度设计，形成了Fe@Fe3C@C复合材料的制备，当涂层厚度为2mm时，最高吸收损耗值能够达到-34dB，有效吸波宽度可达到7GHz。 采用溶剂热与碳还原相结合的方法制备出纳米粒子Co@C复合材料。通过探究间苯二酚和甲醛加入量的不同和热处理温度梯度的不同来得到形貌均一、尺寸均匀、较高石墨化程度和较大磁性能的Co@C复合材料。实验结果表明，750℃高温碳化，得到具有独特形貌的Co@C结构，加入0.2g间苯二酚和0.28mL的甲醛溶液比例，均匀的保持良好的微球结构，外表面较为光滑，碳壳层保持完整，最大反射损耗值出现在17.2GHz处，其反射损耗数值为16.2dB，此时的对应的吸波厚度为2.0mm,有效吸波宽度的最大值出现在3.0mm厚度下，可以达到3.0GHZ,分布于9.0GHz-12.0GHz。 设计并制作了中空核壳复合材料Fe3O4@Void@C和Co3O4@Void@C，采用包覆-包覆-热解-刻蚀的设计方法整合了介电损耗和磁损耗，实现了多重反射和界面极化的共同作用，并且对于阻抗匹配特性起到提升作用，进一步提升吸波性能。实际的研究表明，对于Fe3O4复合材料:热解包覆碳层后，在两相接触面生成Fe2SiO4材料，属于无磁性物质，没有电磁损耗能力，且占有一定的体积和质量，对电磁波吸收性能起到一定的阻碍作用。刻蚀反应后，最大反射损耗值为-3.2dB;对于Co3O4复合材料:三元复合材料的最大吸收损耗值在18.0GHz处取得-25.0dB，最大有效吸收频宽为2.0GHz,吸收厚度为3.0mm。经过刻蚀反应后，电磁波吸收性能略低，最大反射损耗值为-9.0dB。
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