隨著電子電氣設(shè)備、無線通信系統(tǒng)和雷達隱身技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電磁污染日益嚴(yán)重 解決這些問題最有效的方法是使用微波吸收材料，避免電磁波的反射和二次污染[1,2] 在實際應(yīng)用中，微波吸收材料需滿足薄、輕、吸收頻帶寬、吸收性能強、熱穩(wěn)定性高等要求 吸波材料實現(xiàn)對電磁波的高效寬頻吸收，需要兩個條件：一是電磁波能進入吸波材料內(nèi)，這涉及電磁阻抗匹配；二是能衰減進入其內(nèi)部的電磁波，這涉及電磁損耗 研究發(fā)現(xiàn)，吸波劑的電磁匹配和電磁損耗共同決定其性能，單獨的介電損耗材料和磁損耗材料很難滿足對吸波材料的綜合要求[3,4] 因此，新型功能復(fù)合材料在微波吸收領(lǐng)域備受關(guān)注 其原因是，這些材料不僅結(jié)合了單組分的優(yōu)點，而且組分之間的相互作用使其具有特殊的性能[5,6]

作為一種重要的磁性材料，鈷鐵氧體具有良好的機械和化學(xué)穩(wěn)定性而用于高頻微波吸收，可是較低的導(dǎo)電性影響其對微波的吸收性能[7,8] 但是，它們的合金具有較高的導(dǎo)電性和飽和磁化強度[9,10] 將這兩種材料的特性相結(jié)合，可提高對微波的吸收性能 另一種可行的方法，是將碳材料與鈷鐵氧體結(jié)合制備碳基復(fù)合材料 這種復(fù)合材料的密度較低并具有適當(dāng)?shù)碾姶艆?shù)和強的介電損耗，可提高阻抗匹配和電磁損耗，具有比單一吸波材料更為優(yōu)異的電磁波吸收性能 到目前為止，碳球、碳納米管、碳纖維、金屬有機框架和石墨烯等碳材料已經(jīng)用于制備碳基復(fù)合材料[11~15] 陳玉金等[16]通過浸漬、在Ar/H2氣氛和空氣氣氛下煅燒制備了NiFe2O4中空納米顆粒/石墨烯復(fù)合物 結(jié)果表明：與NiFe2O4 納米顆粒以及NiFe2O4 納米顆粒和石墨烯的混合物相比，NiFe2O4中空納米顆粒/石墨烯復(fù)合物具有更高的微波吸收性能，最小的反射損耗值為-40.9 dB，其最大的有效頻寬為 4.5 GHz(13.5-18 GHz) 姬廣斌等[17]用靜電紡絲和隨后的熱處理制備了FeCo/多孔碳纖維復(fù)合物，其最小反射損耗值達到-56 dB 優(yōu)異的吸波性能，主要來自較強的介電損耗和磁損耗以及材料的多孔結(jié)構(gòu) 雖然對這類材料的探索及其微波吸收性能研究取得了一些進展，但是原料便宜和流程簡單的制備方法以及具有“薄、輕、寬、強”性能要求，仍然是碳基微波吸收材料研究領(lǐng)域具有挑戰(zhàn)性的課題和難點之一 本文先用水熱法合成CoFe2O4納米粒子，然后在5% H2+95% N2中還原制備CoFe2O4-Co3Fe7納米粒子；以焙燒黃麻纖維得到的多孔碳纖維為碳源，用水熱法將CoFe2O4納米粒子負(fù)載到多孔碳中，研究復(fù)合材料的微波吸收性能

1 實驗方法1.1 實驗用材料

實驗用化學(xué)試劑均為分析純 實驗用原料有：黃麻纖維，去離子水，體積配比為5%H2+95%N2的混合氣體，高純N2

1.2 CoFe2O4納米粒子的制備

將10 mmol FeCl3`6H2O和5 mmol Co(NO3)2`6H2O加入50 mL去離子水中并攪拌成溶液，再加入50 mL 1.2 mol/L的NaOH溶液并用磁力攪拌器攪拌30 min形成前驅(qū)體 將前驅(qū)體放入水熱反應(yīng)釜中，在200℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中保溫15 h，冷卻后取出，用去離子水將產(chǎn)物洗滌3次，然后將其在60℃干燥12 h即制得CoFe2O4納米粒子

1.3 CoFe2O4-Co3Fe7納米粒子的制備

將合成的CoFe2O4納米粒子放入瓷舟中，在5%H2+95%N2的還原氣氛下分別在500℃和600℃管式爐中焙燒10 min，將CoFe2O4納米粒子部分還原成鐵鈷合金即得到CoFe2O4-Co3Fe7納米粒子 升溫速率為4℃/min 為了敘述方便，下文用CF表示CoFe2O4納米粒子，用CF500表示在500℃還原得到的產(chǎn)物，用CF600表示在600℃還原得到的產(chǎn)物

1.4 CoFe2O4/多孔碳的制備

將4 g黃麻纖維放入瓷舟中，在N2氣氛中以4℃/min的速率升溫到700℃保溫2 h，即得到多孔碳纖維 將0.6 g多孔碳纖維放入裝有CoFe2O4前驅(qū)體的水熱反應(yīng)釜中，在200℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中保溫15 h即將CoFe2O4納米粒子負(fù)載在多孔碳纖維表面 冷卻后將產(chǎn)物用去離子水抽濾3次后再在60℃干燥12 h，即制得CoFe2O4/多孔碳

1.5 性能表征

用XRD-6100型粉末X射線衍射儀(XRD)分析樣品的物相，以Cu Kα(λ＝0.15406 nm)為射線源 用JSM-7001F型掃描電子顯微鏡(SEM)和JEM-1011型透射電子顯微鏡(TEM)表征樣品的形貌 用Dxr2xi型拉曼光譜儀測量樣品的拉曼光譜，激光器為532 nm，掃描范圍為400~3400 cm-1 用STA6000型同步熱分析儀進行熱重分析，溫度范圍為室溫-700℃，加熱速率為10℃/min 將合成產(chǎn)物與石蠟均勻混合后在同心軸模具中制成空心環(huán)狀樣品(Φ外部=7.0 mm，Φ內(nèi)部=3.0 mm)，進行微波吸收性能測試 用Agilent N5244A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量樣品在2~18 GHz頻率范圍內(nèi)的復(fù)介電常數(shù)(εr=ε′- jε″)和復(fù)磁導(dǎo)率(μr=μ′- jμ″) 基于上述測量的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率，根據(jù)傳輸線理論材料的反射損耗[18,19]為

RL(dB)=20log(Zin–Z0)/(Zin+Z0)

(1)

πZin=Z0(μr/εr)1/2tanh[j(2πfd/c)(μrεr)1/2]

(2)

式中Zin為吸收劑的輸入特性阻抗；Z0為自由空間的特性阻抗；f為電磁波的頻率；d為吸收劑的厚度；c為自由空間中的光速；μr和εr分別為所測得的吸收劑的復(fù)磁導(dǎo)率和復(fù)介電常數(shù)

2 結(jié)果和討論2.1 CoFe2O4-Co3Fe7納米粒子的物相和形貌

用XRD譜分析CoFe2O4納米粒子以及還原后樣品的物相 圖1給出了CF，CF500和CF600的XRD譜圖 從圖1a可以看出，所有衍射峰都對應(yīng)于CoFe2O4尖晶石相(JCPDS 22-1086)，窄而尖的衍射峰表明CoFe2O4的結(jié)晶性好 從圖1b可見，對于CF500，除了來自CoFe2O4的衍射峰外，在2θ=44.75°、65.11°和82.44°處還出現(xiàn)三個衍射峰，分別歸屬于Co3Fe7(JCPDS 48-1816)的(110)、(200)和(211)晶面 從圖1c可見，煅燒溫度升高到600℃后Co3Fe7的衍射峰變強，表明更多的CoFe2O4納米粒子還原成了Co3Fe7 在5%H2+95%N2還原氣氛下，在500℃和600℃一部分CoFe2O4還原成Co3Fe7后生成了CoFe2O4-Co3Fe7納米粒子 在XRD譜中沒有觀察到Co的衍射峰，其原因是Co的含量太低使Co的衍射峰跟Co3Fe7相比太弱 [20,21]

圖1



圖1CF、CF500和CF600的XRD譜

Fig.1XRD patterns of as-synthesized samples (a) CF, (b) CF500, and (c) CF600

圖2給出了CoFe2O4納米粒子還原前后形貌的SEM和TEM照片 由圖2a可以看出，CoFe2O4納米粒子由均勻分布的顆粒組成 由圖2b可以看出，CoFe2O4納米粒子的尺寸為15~20 nm 由圖2c可以看出，CF500納米粒子的尺寸變大并粘結(jié)在一起，這是高溫焙燒降低了納米顆粒的高表面能所致 圖2d中對應(yīng)TEM照片表明，納米粒子的尺寸為30~60 nm 圖2e和2f給出了CF600的SEM和TEM照片，顆粒燒結(jié)使納米粒子的粒徑變大到70~120 nm 為了準(zhǔn)確計算CoFe2O4-Co3Fe7納米粒子的組成，在5%H2+95%N2的還原氣氛下，將1 g的CoFe2O4納米粒子分別在500℃和600℃煅燒10 min 反應(yīng)完成后，伴隨著氧的去除一部分CoFe2O4還原成Co3Fe7，根據(jù)最終產(chǎn)物的質(zhì)量可估算出CF500和CF600中CoFe2O4的含量 CoFe2O4的分子量為234.62，1 g的CoFe2O4納米粒子煅燒后剩余質(zhì)量為m，則減少的氧元素質(zhì)量為1-m；被還原的CoFe2O4的質(zhì)量為234.62(1-m)/64；生成物中CoFe2O4的質(zhì)量為1-234.62(1-m)/64，即3.67m-2.67；CF500和CF600中CoFe2O4含量為[(3.67m-2.67)/m]×100% 估算結(jié)果表明，CF500中CoFe2O4的含量約為79%，在CF600中約為32%

圖2



圖2CF、CF500和CF600的SEM和TEM照片

Fig.2SEM and TEM images of CF (a, b), CF500 (c, d), and CF600 (e, f)

2.2 CoFe2O4-Co3Fe7納米粒子的微波吸收性能

以上的分析表明，已經(jīng)制備出質(zhì)量比不同的CoFe2O4-Co3Fe7納米粒子 圖3給出了CF、CF500和CF600含量為75%的石蠟樣品的反射損耗 石蠟是一種透波材料[22,23]，因此只有CF、CF500和CF600是電磁吸收材料 RL低于-10 dB意味著超過90%的微波被吸收，有效頻寬為RL=-10 dB時頻率范圍的寬度 由于最小RL、微波吸收峰的位置和有效頻寬與微波吸收劑的厚度密切相關(guān)，因此計算了不同厚度樣品的RL曲線，如圖3所示 從圖3a可以看出，對于CF，在18 GHz觀察到最小RL為-5 dB，有效頻寬為0；對于CF500，厚度為1.5 mm時最小RL為-15.6 dB，有效頻寬達到3.8 GHz(14.2-18 GHz)；對于CF600，從圖3c可以看出，有效頻寬為0，但是在1.5 mm時反射損耗曲線跨度很大

圖3



圖3不同頻率下石蠟中CF、CF500和CF600的含量為75%時的反射損耗圖

Fig.3Frequency dependence of the reflection loss of paraffin in which content of CF (a), CF500 (b), and CF600 (c) is 75%

根據(jù)電磁能量轉(zhuǎn)換原理，電磁吸收材料的反射和衰減特性決定于相對復(fù)介電常數(shù)(εr=ε′- jε″)、相對復(fù)磁導(dǎo)率(μr=μ′- jμ″)和它們之間的匹配 介電常數(shù)實部ε′表示電場能量的容量，介電常數(shù)虛部ε″表示電場能量的損耗，而磁導(dǎo)率的實部μ′和虛部μ″分別表示磁能的存儲和損耗[24,25] 優(yōu)異的電磁吸收材料必須滿足：(1)良好的阻抗匹配，使電磁波充分傳播到吸收劑中并避免強烈的反射 介電常數(shù)過大則阻抗匹配差，大部分入射電磁波在材料表面反射 (2)良好的衰減性能，確保入射電磁波快速衰減 這依賴材料的介電損耗和磁損耗，其大小可以分別用介電損耗因子tanδe=ε″/ε′和磁損耗因子tanδm=μ″/μ′表示 為了揭示CF、CF500和CF600的微波吸收機制，測量了樣品的電磁參數(shù)并計算了介電損耗因子和磁損耗因子，結(jié)果在圖4中給出 圖4a給出了CF、CF500和CF600的介電常數(shù)，在2~18 GHz的頻率范圍內(nèi)ε'和ε"呈下降趨勢 ε'值分別從5.27、12.21和44.26下降到4.89、9.55和24.94，ε"值緩慢地從0.34、2.30和13.56下降到0.27、2.19和11.05 還觀察到，Co3Fe7/CoFe2O4比率較高的樣品的ε'和ε"較高 其原因是，導(dǎo)電性較高的Co3Fe7增強了Co3Fe7/CoFe2O4比率較高樣品的電導(dǎo)率 但是，對于電磁吸收材料，太高的介電常數(shù)不利于阻抗匹配，會導(dǎo)致強反射和弱吸收 圖4b給出了CF、CF500和CF600的復(fù)磁導(dǎo)率 μ"值大小的排序為CF600> CF500>CF，與CoFe2O4-Co3Fe7納米粒子中Co3Fe7的含量一致，說明Co3Fe7也能增大磁能損耗 圖4c給出了CF、CF500和CF600的介電損耗因子和磁損耗因子 CF的tanδe和tanδm值都太小，即介電損耗和磁損耗太小，使其微波吸收性能也較差 雖然CF600的tanδe和tanδm值都是最大的，但是太高的介電常數(shù)導(dǎo)致電磁波強反射 因此摻入量為75 %時CF600的微波吸收性能比較差(圖3c)，可適當(dāng)減小樣品摻入量以提高其微波吸收性能[26]

圖4



圖4石蠟中CF、CF500和CF600的含量為75%時的復(fù)介電常數(shù)、復(fù)磁導(dǎo)率和損耗因子

Fig.4Frequency dependence of complex permittivity (a), complex permeability (b), and loss factor (c) of paraffin in which content of CF, CF500, and CF600 is 75%

阻抗匹配和衰減系數(shù)，是決定材料優(yōu)良微波吸收特性的兩個重要因素[27] 吸收劑的特性阻抗(Zim=(μr/εr)1/2越接近于1(空氣的Zim值)，可傳輸?shù)轿⒉ㄎ談┲械奈⒉ㄔ蕉?，意味著材料的阻抗匹配性比較好 碳材料在微波頻率下其μr值遠(yuǎn)低于εr值 因此，εr值的減小使其特性阻抗的增加，使Zim值更接近于1 衰減系數(shù)越大，則電磁損耗越大 可根據(jù)

Zim=μr/εr=μ'2+μ″2/ε'2+ε″2

(3)

πα=2πfcε″μ″-ε'μ'+μ'2+μ″2ε'2+ε″2

(4)

估算材料的特征阻抗和衰減系數(shù)[28,29] 圖5給出了CF，CF500和CF600含量為75%石蠟樣品的特征阻抗和衰減系數(shù) 從圖5a可見，CF的特征阻抗最大，CF600的特性阻抗最小，說明Co3Fe7含量的提高不利于阻抗匹配 但是，隨著Co3Fe7含量的提高衰減系數(shù)增大(圖5b) 因此，CF和CF600并不能顯示出真正的微波吸收特性 但是CF500的介電常數(shù)適中，通過適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ浜退p系數(shù)可提高材料的微波吸收性能 因此，CF、CF500和CF600在石蠟中含量75%時，CF500具有更好的微波吸收性能

圖5



圖5石蠟中CF、CF500和CF600的含量為75%時的特征阻抗和衰減系數(shù)

Fig.5Characteristic impedance (a) and attenuation constant (b) of paraffin in which content of CF, CF500, and CF600 is 75%

根據(jù)上述討論，CF600的摻入量75%時，由于介電常數(shù)太大，阻抗匹配差，其微波吸收性能較差 適當(dāng)降低石蠟基質(zhì)中CF600的質(zhì)量比可提高阻抗匹配，從而提高材料的微波吸收性能 作為對比，對CF500也進行了相同的測試 圖6給出了不同頻率下CF500和CF600在石蠟中含量為50%樣品的反射損耗圖 從圖6a可以看出，將石蠟中CF500的含量從75%降至50%，CF500的有效頻寬為0，微波吸收性能變差 從圖6b可以看出，厚度為1.7 mm時，CF600的有效頻寬達到4.8 GHz(13.2-18 GHz)，厚度增加到2.5 mm有效頻寬為4.2 GHz，最小RL值低至-43.3 dB，可見微波吸收性能顯著提高 這些結(jié)果表明，調(diào)整吸收劑的摻入量和厚度可實現(xiàn)性能多樣化 本文制備的CoFe2O4-Co3Fe7納米粒子，在很寬的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的微波吸收性能



Fig.6Frequency dependence of the reflection loss of paraffin in which content of CF500 (a) and CF600 (b) is 50%

圖7a~c給出了CF500和CF600在石蠟中含量為50%樣品的復(fù)介電常數(shù)、復(fù)磁導(dǎo)率和損耗因子 在2~18 GHz的頻率范圍，CF500和CF600的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的值明顯低于摻入量為75%時的值 同時，CF600的tanδe和tanδm值明顯高于CF500，表明其電磁損耗更大 根據(jù)德拜理論，介電損耗主要來源于導(dǎo)電損耗和極化弛豫損耗，而極化弛豫損耗則是導(dǎo)致ε"和tanδe曲線起伏的主要原因 界面極化可用Cole-Cole半圓分析 根據(jù)德拜松弛理論，ε'和ε"為[30,31]

πε'=ε∞+εs-ε∞1+(2πf)2τ2

(5)

ππε″=2πfτ(εs-ε∞)1+(2πf)2τ2

(6)

(ε'-εs+ε∞2)2+(ε″)2=(εs-ε∞2)2

(7)

式中εs為靜態(tài)介電常數(shù)，ε∞為高頻極限下的相對介電常數(shù)，f為頻率，τ為極化松弛時間 對于ε'和ε"的關(guān)系圖，一個德拜松弛過程對應(yīng)一個半圓(即Cole-Cole半圓)，Cole-Cole半圓主要是極化弛豫損耗引起的 圖7d~e給出了CF500和CF600在2~18 GHz頻率范圍內(nèi)的ε'與ε"的關(guān)系曲線 可以看出，兩條曲線都有四個Cole-Cole半圓，顯示出非常明顯的極化弛豫損耗，這有利于介電損耗 除了介電損耗，磁損耗也是衰減電磁波的一個重要因素 自然共振、交換共振和渦流效應(yīng)，是GHz頻段磁損耗的主要原因 渦流損耗與顆粒直徑(d)、電導(dǎo)率(σ)和真空磁導(dǎo)率(μ0)有關(guān)，可用μ"≈2πμ0 μ′2σd2f/3表示 如果渦流效應(yīng)主導(dǎo)磁損耗機制，則C0=μ″μ′-2f -1的值隨著頻率的變化保持不變[32] 圖7f給出了CF500和CF600的C0-f曲線 CF500的C0值在4~18 GHz頻率范圍內(nèi)保持相對穩(wěn)定；對于CF600，可以看到明顯的共振峰 這表明，渦流損耗對CF500起主要作用，而不是CF600磁損耗的主要因素 同時還可以得出，高頻區(qū)的共振峰與交換共振有關(guān)，低頻區(qū)的共振峰歸因于自然共振[33] 結(jié)合圖6中的反射損耗圖和前面的分析可知，摻入量為50%時CF600的優(yōu)異微波吸收性能，可歸因于合適的介電常數(shù)和比較大的介電損耗和磁損耗

圖7



圖7石蠟中CF500和CF600含量50%時的復(fù)介電常數(shù)、復(fù)磁導(dǎo)率、損耗因子、Cole-Cole曲線(ε′對ε")以及C0值

Fig.7Frequency dependence of complex permittivity (a), complex permeability (b), loss factor (c), Cole-Cole curves (ε′ versus ε") (d~e), and C0 values (f) of paraffin in which content of CF500 and CF600 is 50%

2.3 CoFe2O4/多孔碳的物相和形貌

圖8a給出了以將黃麻纖維焙燒得到的多孔碳纖維為碳源，用水熱法負(fù)載CoFe2O4納米粒子后的典型XRD譜 與純CoFe2O4納米粒子相比，在10°~30°處的寬峰為無定型碳的衍射峰 [17,34] 所有其它衍射峰，都與尖晶石相CoFe2O4(JCPDS 22-1086)一致 窄而尖的衍射峰峰表明，CoFe2O4結(jié)晶性好 這些結(jié)果表明，用水熱法可實現(xiàn)CoFe2O4與碳組分的共存 多孔碳纖維的石墨化程度，可用拉曼光譜分析 CoFe2O4/多孔碳的拉曼光譜如圖8b所示，可見在大約1334和1593 cm-1處有兩個明顯的峰，分別對應(yīng)碳材料的D峰和G峰 D峰可以歸因于碳中的sp3缺陷，而G峰是石墨片的特征 因此，可用D峰與G峰的強度比值(ID /IG)評估碳成分的的石墨化程度 ID/IG值越低，表明缺陷程度越低，石墨化程度越高[35,36] 由圖8b可見，CoFe2O4/多孔碳的ID/IG值為0.87，說明多孔碳發(fā)生了一定程度的石墨化，有利于CoFe2O4/多孔碳的導(dǎo)電損耗 圖9給出了合成樣品的SEM和TEM形貌 圖9a~c給出了CoFe2O4/多孔碳的SEM照片，可見CoFe2O4納米粒子沉積在多孔碳上 圖9d給出了CoFe2O4納米粒子在CoFe2O4/多孔碳上的TEM照片，可見CoFe2O4納米粒子的形狀和粒徑?jīng)]有變化 這表明，在水熱過程中多孔碳纖維沒有影響CoFe2O4納米粒子的生成 為了進一步定量分析CoFe2O4/多孔碳中CoFe2O4納米粒子的負(fù)載量，測量了CoFe2O4/多孔碳在空氣氣氛下的熱重曲線，如圖10所示 由于碳成分能在空氣氣氛中完全燃燒，殘余產(chǎn)物只有CoFe2O4 根據(jù)熱重曲線可分析出，CoFe2O4納米粒子在CoFe2O4/多孔碳中的含量約為15.7%

圖8



圖8CoFe2O4/多孔碳的XRD譜和拉曼譜

Fig.8XRD pattern (a) and Raman spectra (b) of CoFe2O4/porous carbon

圖9



圖9CoFe2O4/多孔碳的SEM照片和CoFe2O4/多孔碳上CoFe2O4納米粒子的TEM照片

Fig.9SEM images (a, b and c) of porous carbon loaded with CoFe2O4 nanoparticles and TEM image (d) of CoFe2O4 nanoparticles in CoFe2O4/porous carbon

圖10



圖10CoFe2O4/多孔碳在空氣氣氛下的熱重曲線

Fig.10TG curve of CoFe2O4/porous carbon in air atmosphere

2.4 CoFe2O4/多孔碳的微波吸收性能

為了研究CoFe2O4/多孔碳的微波吸收性能，測試CoFe2O4/多孔碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的石蠟復(fù)合材料的電磁參數(shù)并計算了反射損耗，如圖11所示 圖11a給出了材料的反射損耗曲線，厚度為1.8 mm時有效頻寬可達6 GHz(12~18 GHz)，覆蓋了整個Ku波段(12~18 GHz)；厚度為3.0 mm、頻率為7.76 GHz時最小RL為-49.65 dB 作為評價微波吸收性能的重要標(biāo)準(zhǔn)，最小RL值和有效頻寬也與其它報道的微波吸收材料進行了比較，如表1所示[37-42] 很明顯，CoFe2O4/多孔碳更薄、有效頻寬更寬和RL值更強 與鐵氧體、磁性金屬、磁性金屬氧化物和合金等微波吸收劑相比，多孔碳使CoFe2O4/多孔碳具有較低的密度 圖11b給出了材料的介電常數(shù)，ε'值在2~18 GHz范圍從13.57減小到7.72；ε"值在7~12 GHz和12~16 GHz范圍內(nèi)有兩個寬峰 圖11c給出了復(fù)磁導(dǎo)率 可以看出，在2~18 GHz范圍內(nèi)μ'和μ"值相對穩(wěn)定 磁導(dǎo)率較低的主要原因是CoFe2O4納米粒子的負(fù)載量低，且CoFe2O4/多孔碳在石蠟中的填充量較低 圖10d給出了材料的損耗因子，可見tanδe遠(yuǎn)大于tanδm 這表明介電損耗起主要作用，與其它碳基微波吸收材料類似[43,44] 在2~18 GHz范圍內(nèi)介電損耗因子從0.27增大到0.54，特別是在10 GHz~18 GHz介電損耗因子從0.44增大到0.54，具有較高的介電損耗 結(jié)合拉曼光譜分析，CoFe2O4/多孔碳中的多孔碳纖維發(fā)生了一定程度的石墨化，可形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)增強導(dǎo)電損耗，有效提高材料的微波吸收性能 近年來的研究表明，多孔結(jié)構(gòu)有利于增強電磁波的吸收，因為電磁波在多孔介質(zhì)中多次反射和散射[17,45,46] 因此，CoFe2O4/多孔碳優(yōu)異的微波吸收性能也與材料的多孔結(jié)構(gòu)有關(guān) 從圖11d還可以看出，tanδe和tanδm的變化趨勢相反 其原因是介電行為和磁行為之間的耦合，介電行為可調(diào)節(jié)磁行為，它們之間的耦合有利于電磁損耗和微波吸收[47,48] 綜合上述分析，合適的介電常數(shù)、大的介電損耗、多孔結(jié)構(gòu)以及介電損耗和磁損耗的協(xié)同作用，是材料微波吸收性能增強的主要原因

圖11



圖11不同頻率下CoFe2O4/多孔碳的反射損耗、復(fù)介電常數(shù)、復(fù)磁導(dǎo)率和損耗因子

Fig.11Frequency dependence of reflection loss (a), complex permittivity (b), complex permeability (c), and loss factor (d) of CoFe2O4/porous carbon with 40% sample in paraffin

Table 1

表1

表1一些微波吸收材料的性能

Table 1Microwave absorption performances of some reported absorbents

Sample	Thickness /mm	Effective bandwidth /GHz	Minimal reflection loss/dB	References
NiFe2O4/polypyrrole	2.0	4.5	42	[37]
RGO-PANI-NiFe2O4	2.4	5.3	49.7	[38]
Mesoporous Fe3O4/C	2.0	2.0	181	[39]
Nickel/Carbon nanocomposites	1.75	4.4	21.24	[40]
MOF-derived porous Co/C nanocomposites	2.5	5.8	353	[41]
CoFe2O4/graphene	2.0	3.7	24.7	[42]
Co3Fe7/C composite	2.0	4.1	43.5	[21]
CoFe2O4/porous carbon	1.8	6.0	49.65	This work

3 結(jié)論

用高溫還原CoFe2O4納米粒子可制備CoFe2O4-Co3Fe7納米顆粒，使用黃麻纖維焙燒出的多孔碳纖維為碳源用水熱法可將CoFe2O4納米粒子負(fù)載到多孔碳中 CoFe2O4-Co3Fe7納米粒子的有效頻寬可達4.8 GHz，最小RL為-43.3 dB CoFe2O4/多孔碳的最小RL為-49.65 dB，厚度為1.8 mm時其有效頻寬可達6 GHz，覆蓋了整個Ku波段(12~18 GHz) 微波吸收的增強歸因于合適的介電常數(shù)、大的電磁損耗、多孔結(jié)構(gòu)以及介電損耗和磁損耗的協(xié)同作用

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