随着无线通信技术以及电子设备的迅速发展,电磁干扰不仅危害人们的生存环境和健康而且影响各种电子仪器的正常运行。此外,由于军事武器的生存是发挥作战效能的前提条件,因此军事对抗中信息的侦测与反侦测成为了战争的关键。为避免雷达的探测与追踪并实现反侦察,隐身技术已成为现代军事技术的研究重点,而能将入射电磁波转化为热能从而衰减入射电磁波达到吸波效果的高性能吸波材料,对发展隐身技术以及消除电磁干扰等军事及民用领域具有重要意义。理想的微波吸收材料的典型特征有电磁吸收强、吸收频带宽、涂覆厚度薄、质量轻及化学性质稳定等。碳材料（包括碳纤维、碳纳米管、石墨烯等）因其丰富的资源储备、高导电性、低密度和出色的热稳定性等优良特性而备受广大研究者青睐。但是碳材料只能通过单一的介电损耗来衰减电磁波,且其高电导率通常导致差的阻抗匹配性能,这阻碍了它们在微波吸收方面的进一步发展。将轻质碳材料与磁性材料结合且利用复合材料中磁性和介电组分之间的协同效应,改善不良的阻抗匹配性能是一种有效的解决方案。另外复合材料的几何形状、微结构和组分等因素对其电磁吸收性能至关重要。通过优化纳米复合材料吸收体的成分和结构,可以在显著减轻重量的同时调整复合材料的介电常数和磁导率,来实现宽频的有效吸收。此外,诸如石墨烯类的碳材料,其制备方法复杂,生产成本比较高,甚至会污染环境。因此急需探索经济、可持续及易于大规模生产的合成策略。本文成功制备了核壳结构、多孔结构、花状结构及蜂窝结构等新型碳基纳米复合材料。本文主要以石墨、三维石墨烯、金属有机骨架及生物质衍生碳材料为研究对象,研究了复合材料的损耗成分、形貌结构和几何形状对碳材料电磁性能的影响。主要进行以下几个方面的研究工作:1.通过机械球磨法成功制备了羰基铁@石墨微球复合材料,这种合成方法简便、可控且成本低可以大规模生产。利用多种表征手段对复合材料的微观结构和成分以及电磁性能进行了分析,发现该复合材料充分利用传导损耗、介电损耗和磁损耗三种损耗机制来改善匹配性能并增强电磁波衰减能力,其有效吸收带宽达到10 GHz。2.采用水热工艺制备了纳米Mn O2/石墨烯泡沫多孔复合材料。Mn O2纳米颗粒均匀沉积在气凝胶骨架表面,复合材料仍保持相互交联的3D多孔网络结构,且表现出良好的可压缩性。探究了纳米复合材料中Mn O2纳米粒子的含量对其形貌结构、电磁参数和电磁性能的影响,发现这种互连的三维多孔网络结构具有非常高的阻抗匹性能有利于电磁波的入射并产生多重散射和反射,而且Mn O2纳米颗粒与石墨烯骨架之间存在强界面极化。在负载量仅为8 wt%时,最大反射损耗为-53 d B且合格的吸收带宽达到7 GHz。3.构筑核壳状的磁性复合物以改善阻抗匹配和增强电磁吸收性能。以镍基金属有机骨架为前驱体通过高温热解制备了核壳状的Ni@C纳米复合材料。通过控制热解温度,可以很好地调节复合材料的微观结构和石墨化程度。通过优化纳米复合材料的组分和结构,可以在显著减轻重量的同时调整复合材料的介电常数和磁导率来实现宽频的有效吸收。当匹配厚度为1.85 mm时,Ni@C纳米复合材料的吸收带宽为6.0 GHz,最强吸收达到-55.7 d B。此外,为研究碳基复合材料的形貌结构对电磁参数、匹配特性和电磁吸性能的影响。通过Zn掺杂的Ni-MOF,进而高温热解制备了多孔花状Ni/C纳米复合材料。这种特殊的三维花状结构可以将电磁波散射到各个片层之间,增加电磁波的传播路径和散射有利于电磁波的损耗。4.为探索经济、可持续和易于大规模生产的合成策略,以生物质玉米粒为原料采用微波加热膨胀和高温石墨化制备了蜂窝状分级多孔碳材料。这种无添加剂的微波加热膨胀法是一种新颖且环保的制备方法,可以精细地形成具有规则的蜂窝状分层多孔结构。衍生的多孔碳具有大孔体积和高比表面积,这些孔隙结构会降低有效介电常数并改善阻抗匹配,使更多的电磁波进入吸收器内部,还可以提供半封闭的环境,使得入射的电磁波将发生多重反射和散射。蜂窝多孔碳在2.5mm的厚度下,最大反射损耗高达-54.5 d B,有效吸收带宽从9.0至15.7 GHz达到6.7 GHz。为进一步改善生物质衍生碳的电磁特性,引入磁性物质来增强生物质衍生多孔炭材料的电磁波吸收性能。提出了一种简单且可规模化生产工艺来生产碳包覆的3D网状Fe@C纳米复合材料。研究了不同的退火温度对Fe@C纳米复合材料的组成、微观结构、电磁参数和电磁衰减能力的影响。得益于三维网状结构以及铁纳米颗粒与碳涂层之间的协同效应,从而导致吸收材料内部的良好阻抗匹配和强大的电磁衰减能力。Fe@C纳米复合材料FC800实现了最佳的微波吸收性能,其最大反射损耗达到-55.8 d B,厚度仅为1.7 mm,覆盖带宽达到4.5GHz。