【摘 要】
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电磁污染不仅对电子仪器和通信设施造成干扰,还会对人体健康造成严重不可逆的危害。因此,研究合成轻质量、强吸收、宽频带、薄层厚的吸波材料尤为关键。二维MXene材料因独特的物理结构、大的比表面积和较高的电导率等特点而在吸波领域备受关注,但由于阻抗失配和损耗机制单一等缺点而限制了在吸波领域进一步的应用。基于其独特的物理性质,考虑引入磁性粒子来合成电磁参数可调的MXene基复合吸波材料,在调节阻抗匹配的同
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电磁污染不仅对电子仪器和通信设施造成干扰,还会对人体健康造成严重不可逆的危害。因此,研究合成轻质量、强吸收、宽频带、薄层厚的吸波材料尤为关键。二维MXene材料因独特的物理结构、大的比表面积和较高的电导率等特点而在吸波领域备受关注,但由于阻抗失配和损耗机制单一等缺点而限制了在吸波领域进一步的应用。基于其独特的物理性质,考虑引入磁性粒子来合成电磁参数可调的MXene基复合吸波材料,在调节阻抗匹配的同时也增加了新的损耗机制,有望实现其对电磁波损耗的有效提高。基于此,本文设计并制备了多种Mxene基复合吸波材料,分析了不同组分复合吸波材料的吸波性能和机理。主要研究内容及结论如下:（1）采用刻蚀法和静电自组装法制备了Ti3C2Tx和不同Co含量的Ti3C2Tx/Co复合材料,并考察了两种材料的吸波能力。结果表明:单体Ti3C2Tx在涂层厚度为2.4 mm时,最小反射损耗值为-13.69 d B,有效吸波带宽为1.60 GHz;Ti3C2Tx/Co复合材料中Co含量为50%时,最小反射损耗为-42.40 d B,有效吸波带宽为1.90 GHz,对应的涂层厚度为2.7 mm,并表现出明显的双吸收现象。磁性粒子Co的引入为复合材料提供了新的损耗方式,有效优化了Ti3C2Tx的吸波能力,但由于阻抗匹配能力不佳,因此有效吸波带宽较窄。（2）为了改善吸波材料的阻抗匹配能力从而拓宽有效吸波带宽,采用静电自组装法设计合成了不同质量比的Ti3C2Tx/Co Fe2O4复合材料,并分析得到的复合材料的吸波性能。研究结果表明:当Ti3C2Tx与Co Fe2O4质量比为3:1时,复合吸波剂展现了最佳的吸波能力,在涂层厚度为2.2 mm时,最小反射损耗为-35.92 d B,有效吸波带宽为2.40 GHz。相较于Ti3C2Tx与Co的复合,与铁氧体Co Fe2O4的复合可进一步拓宽有效吸波带宽。这归因于Ti3C2Tx/Co Fe2O4复合材料良好的阻抗匹配能力和独特的三明治夹层形貌结构致使入射电磁波几乎全部可以进入吸波材料内部不断折射,增加电磁波能量的耗散。（3）为了能够在有效吸波带宽方面得到进一步的提升,采用溶剂热法和退火处理制备了Ti O2/C/Co3O4杂化复合材料,进一步调整Ti3C2Tx的添加量,探究了不同投料比例对复合材料的吸波性能的影响。研究结果表明:当Ti3C2Tx添加量为150 mg时,Ti O2/C/Co3O4杂化复合材料表现出最佳的吸波性能,在涂层厚度为2.0 mm时,最小反射损耗为-29.13 d B,且当涂层厚度为2.5 mm时,对应的有效吸波带宽可达到5.90 GHz,在对电磁波实现强吸收的同时也极大地拓宽了有效吸波带宽。这归因于多组分间的偶极极化和界面极化能力、优异的阻抗匹配能力和双重介电-磁损耗能力。
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