【摘 要】
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随着雷达探测装置和现代电子设备的迅速发展,电磁污染已严重威胁到国防安全和人体健康。由于高性能电磁波吸收和屏蔽材料对解决电磁污染具有重要的贡献,人们对其进行了大量的研究。与电磁波屏蔽材料相比,微波吸收材料能有效地吸收电磁波,避免二次污染,特别是在工业、军事和商业领域,对具有优良性能的吸波材料的需求尤为迫切。当前的研究表明,含碳材料由于其低密度,高介电性能和良好的耐化学腐蚀性能而具有满足轻质化和成为出
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随着雷达探测装置和现代电子设备的迅速发展,电磁污染已严重威胁到国防安全和人体健康。由于高性能电磁波吸收和屏蔽材料对解决电磁污染具有重要的贡献,人们对其进行了大量的研究。与电磁波屏蔽材料相比,微波吸收材料能有效地吸收电磁波,避免二次污染,特别是在工业、军事和商业领域,对具有优良性能的吸波材料的需求尤为迫切。当前的研究表明,含碳材料由于其低密度,高介电性能和良好的耐化学腐蚀性能而具有满足轻质化和成为出色的电磁波吸收介质的巨大潜力。然而其单一的损耗机制使其很难表现出较高的吸波效能。所以致力于研究既有电损耗又有磁损耗的复合碳基材料,既能保持碳材料本身的优点,还能改善碳材料的复磁导率和阻抗匹配条件,提升其电磁波吸收效能。明胶是一种具有多个金属阳离子结合位点的生物聚合物材料,可以通过一系列干燥和碳化过程借助金属硝酸盐用于制备分层多孔碳。电磁波吸收材料的吸波能力通常与吸收体的成分和微观结构有关。电磁吸收材料的特性主要取决于材料的复磁导率（μr=μ’-jμ"）、复介电常数（εr=ε’-jε"）以及它们之间的电磁匹配。因此,本文致力于通过碳基材料、九水合硝酸铁合成满足“薄、轻、宽、强”的新型吸波材料,并利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等表征手段系统地研究了不同烧结温度、不同烧结时间、不同掺铁量对碳基复合材料晶体结构和微观组织的影响规律;并利用矢量网络分析仪（VNA）探究了碳基复合材料的成分及形貌对其微波吸收性能的影响及相关机制。主要研究内容和结果如下:以明胶为原料,通过水浴法制备前驱体并在氩气气氛条件下烧结制备碳材料。通过SEM分析,碳材料主要呈大小不一的块体。XRD分析表明,碳材料主要分为无定形碳和一部分的石墨化碳。改变烧结温度和烧结时间,分析其微波吸收性能可以发现,在最佳烧结温度650℃和最佳烧结时间2 h的烧结条件下得到的碳材料的最大吸收在9.85 mm时为-61.03 dB,最大有效吸收带宽为4.93 GHz。这主要是由于极化驰豫损耗和电导损耗对碳材料吸波性能的影响。整个合成过程只用到了明胶,无其他任何有毒试剂,且制备过程简单易操作。以明胶和九水合硝酸铁为原料,通过水浴法和不同温度烧结处理过程制备C/Fe3C复合材料,并研究了不同烧结温度和对不同掺铁量对C/Fe3C复合材料电磁波吸收性能的影响。通过SEM分析,C/Fe3C复合材料中有许多大小不一的孔,主要呈多孔结构,当微波穿透吸收剂时,由于传播路径的增加,微尺度孔隙中发生多次反射,使微波能量显著衰减。XRD分析表明,C/Fe3C复合材料中的碳主要分为无定形碳和一部分的石墨化碳,Fe3C的结晶性较好,与标准卡片（JCPDS no.35-0772）吻合。随着烧结温度的升高,吸波性能先增加然后达到较为稳定的状态,最大反射损耗值对应的厚度也呈现出相似的变化规律。与碳材料相比C/Fe3C复合材料表现出增强的新型吸波材料特性,合成的吸收材料涂层薄,有效吸收带宽增宽。在掺铁量为0.5 g烧结温度为650℃时,在3.88 mm厚度下,最大有效吸收带宽达到5.62 GHz。
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