铁钴金属/碳复合材料的制备及电磁波吸收性能

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电磁波吸收材料近年来引起了越来越多的关注,它们在电磁污染防护、信息安全以及军事隐身技术领域具有重要作用。磁性碳基复合材料兼具介电损耗和磁损耗机制,是一种极有发展前景的吸波材料。对化学成分和微观结构的合理调控与构建已逐渐发展成为制备新型磁性碳基复合吸波材料的有效策略。本论文中的磁性碳基复合材料采用以下方法得到。先制备磁性金属离子与聚合物的混合物,然后在惰性气氛下高温热解,将混合物转化为磁性碳基复合材料。详细研究了这些复合材料的化学组成与微观结构对其电磁特性和吸波性能的影响,揭示了化学组成和微观结构共同决定材料的衰减能力与阻抗匹配特性,进而影响材料的吸波性能。将具有核-壳结构的FeCo@C纳米粒子封装在聚多巴胺(PDA)衍生的碳纳米笼(CNGs)中,得到了FeCo合金与碳的复合材料(FeCo@C@CNGs-x)。多巴胺(DA)与FeCo普鲁士蓝衍生物(FeCo PBAs)的重量比将影响最终所得复合材料的碳组分含量和微观结构。PDA涂层有助于抑制高温热解过程中FeCo PBAs微观结构的坍塌。CNGs的形成调节并改善了这些复合材料的电磁特性以及阻抗匹配特性,加强了其对入射电磁波的衰减能力。当DA与FeCo PBAs的重量比达到0.75时,所得复合材料表现出优异的吸波性能。复合材料的最佳反射损耗强度在15.8GHz处达到-67.8 dB;厚度为2.0 mm时,有效带宽(反射损耗小于或等于-10.0 dB所覆盖的频率范围)从11.0 GHz覆盖至16.3 GHz。通过金属硝酸盐辅助的聚合物发泡工艺合成了Co纳米颗粒修饰的多孔三维碳纳米泡沫(Co-CNFx)。在这个过程中,通过改变六水合硝酸钴(Co(NO32·6H2O)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的质量比,可以调节最终所得复合材料中Co和C的相对含量;而多孔三维碳骨架的形成要依赖于Co(NO32·6H2O在高温下快速分解产生的大量气体。通过对Co-CNFx复合材料衰减能力和阻抗匹配特性的分析,发现材料中合适的Co/C比例与特殊的微观结构共同赋予了其优异的吸波性能。当Co(NO32·6H2O与PVP的重量比达到1.5时,厚度为1.5 mm的复合材料的最佳反射损耗强度在16.8 GHz处高达-76.5 dB;当材料厚度为2.0 mm时,有效带宽为5.0GHz(12.3-17.3 GHz)。
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