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[摘 要]随着现代科学技术的发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。在机场，飞机航班因电磁干扰起飞而误点;在医院，移动电话会干扰各项电子仪器正常工作;在战场上，我方重要目标容易遭到敌方电磁探测而暴露，引起重大损失。要解决这些问题，一种较为有效的办法是利用吸波材料，使电磁能转化为其它形式的能量耗散掉。因此在军事和民用领域的重大需求背景，使得研究和开发高性能的雷达吸波材料为各国军民两用技术领域的一个重大课题。
[关键词]吸波材料;MoS2;过渡金属;电磁参数
中图分类号：TP413 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）14-0082-01
近年来研究发现，MoS2作为一种新型二维纳米材料，在储能、催化、润滑、半导体等众多领域有着广泛应用前景。并且该材料在电性能方面也有独特优势，使其具备对电磁波的损耗能力。这点已被前期实验证实。除了MoS2，其他过渡金属硫族化物（TMDCs，比如MoS2、MoSe2、WS2、WSe2）具有和MoS2类似的结构，因此推测它们也应具有较好的电磁波衰减性能。但是，因为这种材料对电磁波的损耗以电损耗机制为主，磁损耗能力很弱，单独使用时，会使电磁波在空气中的传输阻抗与吸收剂内部的传输阻抗不匹配，这样电磁波传播到吸波材料表面后，大部分被反射回空气中，这样的话，即使吸波材料对电磁波的衰减能力再强，也会影响整体的吸波性能。
为此，本项目计划在考察过渡金属硫族化物这种电损耗型吸收剂的吸波性能的基础上，将其及其磁损耗型吸收剂复合，以实现对吸波性能的改善。希望通过这些工作，确定吸收剂用过渡金属硫族化物的类型、铁氧体的类型和最佳复合比例，为材料在微波吸收领域的实用化提供参考。
1、TMDCs微米粉体的吸波性能研究
1.1测试用同轴环的制备
电磁参数测试要求样品为内径为3mm，外径为7mm的同轴环，为使同轴环具有一定强度，需事先将吸收剂与粘结剂——石蜡混合，再压制成型。按吸收剂含量为80wt%，分别称取相应质量的石蜡和吸收剂粉体，先将石蜡切碎，与吸收剂搅拌均匀后放入加热套内加热至石蜡融化，并持续搅拌至石蜡变硬凝固。再将混合物切碎、再次融化、搅拌以保证两种物质混合均匀。最后，在定制的模具中將石蜡混合物压制成内径3mm，外径7mm，厚度在2-4mm之间的同轴环样品。
1.2过渡金属硫族化物微米粉体的吸波性能
利用矢量网络分析仪（VectorNetworkAnalyzer，VNA，Agilent，8720ET）测试同轴环的电磁参数，根据传输线理论拟合出微波吸收曲线，即可评价材料的吸波性能。我们考察了4种过渡金属硫族化物TMDCs微米粉体[MoS2（a）、MoSe2（b）、WS2（c）、WSe2（d）]的电磁参数.
当吸收剂含量为80wt%时，这4种TMDCs材料中硫化物的吸波性能比硒化物的要好，适合用于下一步的复合吸收剂的制备。其中综合性能最佳的是MoS2，当厚度为3.9mm时：最小反射损耗值为?62.5dB，峰位在7.12GHz，有效带宽（<?10dB）达到2.72GHz。
2、MoS2/铁氧体复合吸收剂的吸波性能研究
我们考察了MoS2和5种牌号锰锌铁氧体（#40、#95、#5K、#10K、#15K）混合后制得的复合吸收剂的电磁参数，并拟合得到理论吸收曲线。MS-40-1-1指二硫化钼与#40铁氧体的质量比为1：1，以此类推。
MoS2复合#40铁氧体后虽然最低反射损耗值增加了，但是匹配厚度降低、有效带宽增大。其中性能最好的是样品MS-40-1-2。
MoS2复合#95铁氧体后，吸波性能较纯MoS2均有所提高，但不如#95纯铁氧体。
MoS2复合#5k铁氧体后，吸波性能较MoS2均有所提高，但总体不如#5k铁氧体，除了样品MS-5k-2-1，吸收峰值显著高于纯铁氧体吸收剂。
MoS2复合#10k铁氧体后，吸收剂的吸波性能优于复合前的两种纯吸收剂，表现在最低反射损耗值相当的情况下，匹配厚度显著降低且有效带宽增大。其中样品MS-10k-1-1的性能最好，匹配厚度仅有1.71mm时，有效带宽达到了3.69GHz。
MoS2复合#15k铁氧体后，吸收剂的吸波性能总体上优于复合前的两种纯吸收剂，虽然最低反射损耗值略有增大，但匹配厚度显著降低且有效带宽增大。其中样品MS-15k-2-1的性能最好，匹配厚度仅有1.66mm时，有效带宽达到了4.52GHz。
此外，将5种铁氧体的吸波性能进行对比，可以发现一个基本规律，磁导率越大，匹配厚度越大，有效带宽越小，即单独使用时，高磁导率铁氧体反而不利于吸波。
综合以上工作，我们认为过渡金属硫族化物中，硫化物的吸波性能优于硒化物，将硫化物与锰锌铁氧体复合，可以通过改善阻抗匹配而进一步提高产物的吸波性能，特别是将MoS2与#15k铁氧体按质量比2：1复合，可以使匹配厚度从3.9mm显著降低至1.66mm，同时有效带宽从2.72GHz增大至4.52GHz，这种复合也弥补了高牌号锰锌铁氧体吸波性能的不足。
参考文献
[1]M. Q. Ning ， M. M. Lu， J. B. Li， et al. Two-dimensional nanosheets of MoS2 a promising material with high dielectric properties and microwave absorption performance [J]. Nanoscale， 2015， 7， 15734.
[2]X. H. Liang， X. M. Zhang， W. Liu， et al. A simple hydrothermal process to grow MoS2 nanosheets with excellent dielectric loss and microwave absorption performance [J]. J Mater Chem C， 2016， 4（28）： 6816–6821.
[3]X.J. Zhang， S. Li， S. W. Wang， et al. Self-supported construction of three-dimensional MoS2 hierarchical nanospheres with tunable high-performance microwave absorption in broadband [J]. J Phys Chem C， 2016， 120（38）： 22019–22027.
[4]X.Ding， Y. Huang， S.P. Li， et al.3D architecture reduced graphene oxide-MoS2 composite： Preparation and excellent electromagnetic wave absorption performance [J]. Compos Part A： Appl Sci Manufac， 2016， 90： 424 – 432.
[关键词]吸波材料;MoS2;过渡金属;电磁参数
中图分类号：TP413 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）14-0082-01
近年来研究发现，MoS2作为一种新型二维纳米材料，在储能、催化、润滑、半导体等众多领域有着广泛应用前景。并且该材料在电性能方面也有独特优势，使其具备对电磁波的损耗能力。这点已被前期实验证实。除了MoS2，其他过渡金属硫族化物（TMDCs，比如MoS2、MoSe2、WS2、WSe2）具有和MoS2类似的结构，因此推测它们也应具有较好的电磁波衰减性能。但是，因为这种材料对电磁波的损耗以电损耗机制为主，磁损耗能力很弱，单独使用时，会使电磁波在空气中的传输阻抗与吸收剂内部的传输阻抗不匹配，这样电磁波传播到吸波材料表面后，大部分被反射回空气中，这样的话，即使吸波材料对电磁波的衰减能力再强，也会影响整体的吸波性能。
为此，本项目计划在考察过渡金属硫族化物这种电损耗型吸收剂的吸波性能的基础上，将其及其磁损耗型吸收剂复合，以实现对吸波性能的改善。希望通过这些工作，确定吸收剂用过渡金属硫族化物的类型、铁氧体的类型和最佳复合比例，为材料在微波吸收领域的实用化提供参考。
1、TMDCs微米粉体的吸波性能研究
1.1测试用同轴环的制备
电磁参数测试要求样品为内径为3mm，外径为7mm的同轴环，为使同轴环具有一定强度，需事先将吸收剂与粘结剂——石蜡混合，再压制成型。按吸收剂含量为80wt%，分别称取相应质量的石蜡和吸收剂粉体，先将石蜡切碎，与吸收剂搅拌均匀后放入加热套内加热至石蜡融化，并持续搅拌至石蜡变硬凝固。再将混合物切碎、再次融化、搅拌以保证两种物质混合均匀。最后，在定制的模具中將石蜡混合物压制成内径3mm，外径7mm，厚度在2-4mm之间的同轴环样品。
1.2过渡金属硫族化物微米粉体的吸波性能
利用矢量网络分析仪（VectorNetworkAnalyzer，VNA，Agilent，8720ET）测试同轴环的电磁参数，根据传输线理论拟合出微波吸收曲线，即可评价材料的吸波性能。我们考察了4种过渡金属硫族化物TMDCs微米粉体[MoS2（a）、MoSe2（b）、WS2（c）、WSe2（d）]的电磁参数.
当吸收剂含量为80wt%时，这4种TMDCs材料中硫化物的吸波性能比硒化物的要好，适合用于下一步的复合吸收剂的制备。其中综合性能最佳的是MoS2，当厚度为3.9mm时：最小反射损耗值为?62.5dB，峰位在7.12GHz，有效带宽（<?10dB）达到2.72GHz。
2、MoS2/铁氧体复合吸收剂的吸波性能研究
我们考察了MoS2和5种牌号锰锌铁氧体（#40、#95、#5K、#10K、#15K）混合后制得的复合吸收剂的电磁参数，并拟合得到理论吸收曲线。MS-40-1-1指二硫化钼与#40铁氧体的质量比为1：1，以此类推。
MoS2复合#40铁氧体后虽然最低反射损耗值增加了，但是匹配厚度降低、有效带宽增大。其中性能最好的是样品MS-40-1-2。
MoS2复合#95铁氧体后，吸波性能较纯MoS2均有所提高，但不如#95纯铁氧体。
MoS2复合#5k铁氧体后，吸波性能较MoS2均有所提高，但总体不如#5k铁氧体，除了样品MS-5k-2-1，吸收峰值显著高于纯铁氧体吸收剂。
MoS2复合#10k铁氧体后，吸收剂的吸波性能优于复合前的两种纯吸收剂，表现在最低反射损耗值相当的情况下，匹配厚度显著降低且有效带宽增大。其中样品MS-10k-1-1的性能最好，匹配厚度仅有1.71mm时，有效带宽达到了3.69GHz。
MoS2复合#15k铁氧体后，吸收剂的吸波性能总体上优于复合前的两种纯吸收剂，虽然最低反射损耗值略有增大，但匹配厚度显著降低且有效带宽增大。其中样品MS-15k-2-1的性能最好，匹配厚度仅有1.66mm时，有效带宽达到了4.52GHz。
此外，将5种铁氧体的吸波性能进行对比，可以发现一个基本规律，磁导率越大，匹配厚度越大，有效带宽越小，即单独使用时，高磁导率铁氧体反而不利于吸波。
综合以上工作，我们认为过渡金属硫族化物中，硫化物的吸波性能优于硒化物，将硫化物与锰锌铁氧体复合，可以通过改善阻抗匹配而进一步提高产物的吸波性能，特别是将MoS2与#15k铁氧体按质量比2：1复合，可以使匹配厚度从3.9mm显著降低至1.66mm，同时有效带宽从2.72GHz增大至4.52GHz，这种复合也弥补了高牌号锰锌铁氧体吸波性能的不足。
参考文献
[1]M. Q. Ning ， M. M. Lu， J. B. Li， et al. Two-dimensional nanosheets of MoS2 a promising material with high dielectric properties and microwave absorption performance [J]. Nanoscale， 2015， 7， 15734.
[2]X. H. Liang， X. M. Zhang， W. Liu， et al. A simple hydrothermal process to grow MoS2 nanosheets with excellent dielectric loss and microwave absorption performance [J]. J Mater Chem C， 2016， 4（28）： 6816–6821.
[3]X.J. Zhang， S. Li， S. W. Wang， et al. Self-supported construction of three-dimensional MoS2 hierarchical nanospheres with tunable high-performance microwave absorption in broadband [J]. J Phys Chem C， 2016， 120（38）： 22019–22027.
[4]X.Ding， Y. Huang， S.P. Li， et al.3D architecture reduced graphene oxide-MoS2 composite： Preparation and excellent electromagnetic wave absorption performance [J]. Compos Part A： Appl Sci Manufac， 2016， 90： 424 – 432.