随着现代科技的迅速发展,无线通讯以及雷达技术给人类社会带来了极大的便利,同时也产生了大量的电磁污染等等问题,因此研究高效的电磁波吸收材料具有重大的意义。碳材料因为其导电性好,密度低,稳定性好等优点,是近年来吸波材料领域的研究热点。本文以聚丙烯腈(PAN)作为碳源,结合静电纺丝和高温热解技术制备了一系列具有一维结构的碳纳米纤维,并从提高材料的吸波效能的角度出发,对碳纳米纤维进行了不同的改性。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱仪(Raman)等传统材料表征手段研究了材料的组成成分及微观结构,使用矢量网络分析仪(VNA)测试材料的电磁参数,系统研究了磁性粒子以及元素掺杂对其吸波性能的影响。本文的主要研究内容如下:(1)本文首先在静电纺丝的前驱体溶液中加入乙酰丙酮铁,通过碳化制备了内部嵌有磁性Fe3C的碳纳米纤维(FeCFs),研究发现Fe3C的引入可以提高碳纤维的磁损耗以及阻抗匹配特性,从而改善样品的吸波性能。样品在1.36mm时可以实现最大反射损耗为-54.94 dB。当匹配厚度为1.55 mm时,样品的有效吸收带宽可以达到4.5 GHz(13.3-17.8 GHz)。(2)其次,制备了 Co基咪唑酯骨架材料ZIF-67,将ZIF-67和PAN以一定比例混合进行静电纺丝,经过碳化后获得了含有Co的多孔碳纳米纤维Co-CNF-1,Co-CNF-2,Co-CNF-3(ZIF-67和PAN的质量比不同)。研究发现引入ZIF-67可以提高碳纤维的电磁波吸收性能,其中Co-CNF-2的性能最佳,在匹配厚度为1.65mm时,有效吸收带宽可以达到5.5GHz(12.1-17.6GHz),几乎覆盖了整个Ku波段。此外,纤维的一维形貌对吸波性能也有重要影响,当添加ZIF-67过多时,Co-CNF-3内部的一维导电网络被破坏,电磁性能相比Co-CNF-2有所降低。(3)最后,以聚丙烯腈作为碳源和氮源,升华硫作为硫掺杂剂,通过静电纺丝制备了硫氮共掺杂的碳纳米纤维材料(S-NCFs),并研究了硫元素的掺杂对碳纤维吸波性能的影响。实验结果和理论计算结果表明,含氮碳纳米纤维掺杂硫不仅可以产生大量的电偶极子,而且有利于电导率的提高,从而提高材料的介电损耗能力。最终样品匹配厚度为1.39 mm时,在16.4 GHz处最大反射损耗为-48.67 dB,在1.53 mm时有效吸收带宽可达4.90 GHz。综上所述,本文通过静电纺丝技术制备了一系列碳纳米纤维复合材料,并且研究了材料的微观结构、组成成分等对电磁参数以及性能的影响,获得了轻质,高强的宽频吸波材料,本工作为制备轻质高效的碳系微波吸收材料提供了一种简便、高效的方法。