【摘 要】
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电子设备的飞速发展,使电磁辐射问题越来越受到人们的关注,辐射的电磁波不仅会影响设备的正常运行,还会威胁人们的健康和国防安全。解决电磁污染最有效的方法是制备重量轻、衰减能力强、材料涂层薄、吸收频带宽和机械稳定性优良的电磁波吸收材料。在追求材料优异的吸收性能的同时,如何使得材料满足实际应用的需求也是该领域的一大挑战。在众多材料中,碳材料及其复合材料因其可调的电磁参数、低廉的生产成本、易于制备、环境友好
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电子设备的飞速发展,使电磁辐射问题越来越受到人们的关注,辐射的电磁波不仅会影响设备的正常运行,还会威胁人们的健康和国防安全。解决电磁污染最有效的方法是制备重量轻、衰减能力强、材料涂层薄、吸收频带宽和机械稳定性优良的电磁波吸收材料。在追求材料优异的吸收性能的同时,如何使得材料满足实际应用的需求也是该领域的一大挑战。在众多材料中,碳材料及其复合材料因其可调的电磁参数、低廉的生产成本、易于制备、环境友好性和化学惰性等特点,在电磁波吸收领域备受关注。基于此,本文遵循简便、经济、绿色和易重复的原则,通过合理的设计,将碳材料与磁性物质或者半导体成分进行有效复合,在优化阻抗匹配的同时,丰富复合材料对电磁波的损耗途径,提高多种损耗机制的协同作用增强衰减能力,进而得到性能优异的碳基复合电磁波吸收材料。主要内容如下:1、利用乙二胺四乙酸与Ni2+的先配位后剥离的过程,制备了Ni、N共修饰的二维碳片（Ni-NC）,将其与三聚氰胺高温处理后,在镍颗粒的催化作用下在碳片表面生长了一维碳纳米管,最终获得复合材料（Ni-NC/CNTs）,电磁波吸收能力较二维碳片有明显改善。在700℃下制备的复合材料（Ni-NC/CNTs（700））,展现出最佳的吸收性能。在频率为8.72 GHz,涂层厚度2.7 mm时,最小反射损失值(RLmin)达到-55.3 dB,并且在极薄的厚度（1.7 mm）时,可以实现Ku波段（12-18 GHz）的有效吸收,有效吸收带宽（EAB）为4.64 GHz。更重要的是,通过调整厚度,Ni-NC/CNTs（700）可以实现整个C波段（4-8 GHz）、X波段（8-12 GHz）和Ku波段之间有效吸收的可调性。优异的性能主要取决于以下几点:（1）碳纳米管将碳片串联起来形成大的导电网络,提高了电导率,促进了导电损耗。（2）碳管之间相互交缠形成大量空隙,优化了阻抗匹配。（3）电子在不同的物相界面（碳纳米管、碳片、镍纳米颗粒、石蜡）之间积累,形成界面极化损耗。（4）杂原子及缺陷作为极化中心,形成偶极极化将电磁能转化为热能。（5）均匀分散的镍颗粒形成强大的磁耦合效应,导致磁损耗。除此之外,镍颗粒被包覆在碳纳米管中提高了稳定性,使其适合恶劣环境下使用。2、从绿色、经济、容易获得的原则出发,以木糖催化过程中缩聚产生的腐殖质（humins）为碳源,将半导体材料与之复合得到Co9S8包覆碳球的核壳结构（CS@C）。不同温度下制备的Co9S8拥有不同程度的硫缺陷。交变电磁场下,缺陷作为极化中心增强了偶极极化,并且Co9S8具备二维片层结构,利于界面极化损耗。其中,当煅烧温度达到700℃时,由于复合材料（CS@C-700）具有良好的阻抗匹配和适宜的损耗常数,展现出最佳的吸收性能:在高频13.6 GHz,涂层厚度1.84 mm时,最小反射损失值达到-51.4 dB,有效吸收带宽为5.2 GHz,并且在超薄涂层厚度1.8 mm时,有效吸收带宽高达5.92 GHz。另外,在低频C波段的6.4 GHz,涂层厚度为3.5 mm时,可实现最小反射损失-49.9 dB。可见,CS@C-700能够在高频Ku波段和低频C波段同时展现强的电磁波吸收性能和宽的吸收带宽,是一种优异的电磁波吸收剂。除此之外,800℃时的样品在涂层厚度为6.5 mm时,反射损失值达到-48.1 dB,同样能够实现电磁波的衰减。总的来说,CS@C复合材料是一种优异的电磁波吸收材料的候选者。
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