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摘要：本文设计了片状磁性合金材料进行半导体材料纳米结构的包覆。整个过程通过简单的一步水热法合成了包覆有MnO2纳米片的Sendust薄片。通过分析在0.1～18GHz范围内的电磁参数，发现引入MnO2不仅改善了复合材料的介电损耗，略微降低了磁损耗，而且还引入了多重极化效应，使得复合材料的阻抗匹配和衰减能力得到了优化，吸收带宽和反射损耗值相应提高。设计的吸波涂层材料在填料为30wt%，厚度为1.5mm时，在15.1GHz处的最小反射损耗值可以达到-41dB，而具有相同涂层厚度的未负载MnO2的Sendust薄片的性能较差。因此，包覆有MnO2的Sendust复合材料可以作为潜在的性能优异的微波吸收剂。
关键词：Sendust；MnO2；介电损耗；微波性能；阻抗匹配
中图分类号：TQ531.3文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.08.011
基金项目：航空科学基金（2018ZF52071）
近年来，电子设备改变了人们的生活方式。但这些高科技的电子设备不仅给人们的生活带来便利，而且给环境和设备造成巨大的电磁干扰（EMI），对人体造成不可逆转的伤害。因此，为解决这一问题，开发一种能够有效吸收电磁波并将其转换为热能的材料是迫切而关键的解决方案[1-3]。通常，有4个关键因素来衡量电磁波吸收材料的性能，包括低填充率[4]、宽吸收带宽[5]、轻量和薄厚度[6]。近年来，Fe、Co、Ni及其合金因其惊人的磁性而受到广泛关注。例如，Gong等[7]采用低温水热法合成了FeCo合金，发现材料在10.48GHz时，反射损耗值可以达到-52dB。Zhao等[8]成功地合成了无定形SiO2包覆的Ni金属复合微球，并获得了更好的吸波性能。通常，复介电常数（εr=ε’-iε’’）和复磁导率（μr=μ’-iμ’’）是两个重要的电磁参数，可用来衡量材料的阻抗匹配值、介电和磁损耗能力等。一方面，良好的阻抗匹配要求μr和εr值接近；另一方面，出色的损耗能力取决于ε’’和μ’’的较高值。
磁性合金材料由于其良好的铁磁特性，出色的磁损耗能力和低成本的优点，已广泛研究并用于传统的微波吸收领域。例如，Xu等[9]用两步研磨法制备了片状羰基铁颗粒，以提高其磁损耗能力。然而，高电导率、较差的阻抗匹配和涡流损耗限制了磁性合金材料的推广应用。作为一种磁性合金，由Al质量分数5.5%、Si质量分数9.5%和Fe质量分数85%组成的Sendust材料比其他磁性合金具有优异的软磁性能和更高的电阻率。Si和Al的加入可以有效地降低材料的导电性。对于片状的Sendust材料，较大的各向异性和长径比可以在一定程度上克服Snoek极限，较薄的厚度可以减小涡流的产生[10]。鉴于上述优点，片状Sendust磁性合金已广泛用于无线电行业中。然而，近年来对于片状Sendust磁性合金材料的在微波吸收领域的研究较少。例如，Zhang等[11]通过煅烧掺有Sendust材料的Mg（OH）2溶胶合成了Sendust/MgO复合材料，并通过引入半导体材料以改善阻抗匹配来降低介电常数，在13GHz下最小RL值为-33dB。Zhang等[12]用简单的熔融混合法制备了尼龙6表面改性的Sendust片，发现εr的下降与尼龙6的含量成正比。Huang等[13]通过球磨将Sendust材料和多壁碳纳米管混合在一起，并通过调节MWCNT的掺杂量来调节介电损耗能力。在先前的研究中，多数都倾向于同时调节介电常数的实部和虚部，这使得无法同时获得强度介电损耗能力和阻抗匹配。介电和磁损耗的能力主要取决于ε″和μ″。对于Sendust合金，较低的ε’意味着更好的阻抗匹配。因此，提高Sendust材料微波吸收能力的最佳方法是减小ε’以增强阻抗匹配，增加ε″以提高其介电损耗能力，从而获得更好的电磁波吸收。因此，如何合理地将Sendust与其他材料结合以使其达到上述期望已成为这项工作的关键。
本文通过简单的一步水热法制备了负载有MnO2纳米片的Sendust基復合材料。MnO2纳米片在Sendust表面均匀生长并形成层状结构。根据测得的电磁参数进行分析，发现MnO2的引入可以有效地提高Sendust材料的介电损耗能力，从而提高其电磁波吸收能力。MnO2的引入不仅拓宽了吸收带宽，而且增强了Sendust薄片的反射损耗能力。本文提到的Sendust/MnO2复合材料制备方式为将来传统电磁波吸收剂方面的研究提供了新思路。
1试验部分
试验中使用的高锰酸钾（KMnO4）和乙酸（CH3COOH）属于分析试剂级，无须进一步纯化。通过普通的水热法合成了负载有MnO2的Sendust薄片。为了去除Sendust薄片表面的杂质，将Sendust薄片浸入工业级乙醇溶液中，并用超声波清洗机清洗25min。将0.6g处理过的Sendust薄片和0.1g的KMnO4溶解在40mL去离子水中搅拌10min。将1.0mL乙酸滴加到上述溶液中，再搅拌10min。然后将混合物转移到高压釜中并在100℃的条件下加热8h。最后，通过磁分离获得最终产物，用去离子水洗涤三遍，并在真空烘箱中于60℃干燥24h，收集样品并标记为S2。将纯Sendust材料记为S1，为了研究不同MnO2加入量对于复合材料电磁性能的影响，将水热过程中KMnO4的加入量改为0.2g与0.3g，并分别标记为S3、S4。
2材料成分、静磁性能及形貌分析
图1显示了包覆和不包覆MnO2的Sendust样品的XRD图谱。对于Sendust系列样品，衍射峰（111）、（200）、（220）、（400）和（422）可以被索引为具有DO3超晶格结构的α-Fe（Si，Al）合金。对于负载有MnO2的Sendust样品，很容易观察到Sendust相和MnO2相，并且没有发现其他明显的峰，这意味着合成后的MnO2纳米片的纯度很高。与Sendust片相比，通过化学方法合成的MnO2对应的弱峰可能是由于结晶度低且含量少。而且随着水热反应中MnO2相对含量的不断增加，可以看出对应样品的XRD特征衍射峰的强度也出现了明显的提升。
用振动磁强计VSM对样品在室温下的静态磁性能进行了表征，以研究MnO2包覆以及MnO2的负载量对Sendust基复合材料磁性能的影响。如图2所示，细的S形环状曲线表示样品具有良好的软磁特性。不同含量的MnO2负载后，饱和磁化强度（Ms）从135.9emu/g降至131.8emu/g、125.4emu/g以及116.4emu/g，下降的原因是由于铁磁性合金材料的Ms和Hc均比介电材料要高，非磁性材料MnO2的加入降低了磁性材料本身的饱和磁化强度。S1样品的矫顽力（Hc）为30.35Oe，而其他样品的矫顽力均低于S1样品，出现这一现象主要是因为MnO2纳米片的磁性要远小于Sendust样品。但是，MnO2的引入并没有显著改变Sendust材料的软磁性能。只是在一定程度上降低了材料的磁性强弱。
未负载和负载不同含量MnO2的Sendust复合材料的形态如图3所示。其中，图3（a）～图3（h）为样品的SEM图片；图3（i）为S2样品的元素分布图；图3（j）为S2样品的元素映射分布图。根据图3（a）和图3（b），未包覆MnO2样品的平均长度为30μm左右，表面相对光滑。图3（c）～图3（d），图3（e）～图3（f）和图3（g）～图3（h）分别显示出了包覆MnO2后的S2、S3、S4样品。显而易见，Sendust样品的表面产生了连续的MnO2纳米片层并且分布较为均匀，随着MnO2负载量的增加，样品表面也出现了一定程度的团簇现象。如图3（i）、图3（j）所示，主要检测到Fe、Si、Al、Mn和O的含量，这成功地证明了MnO2纳米片的存在。可以确认，MnO2纳米片与Sendust表面紧密结合，而不是堆叠在一起。而且这种致密的包覆在一定程度也可以增强材料的抗氧化性。
3电磁参数分析
图4 （a）和图4 （b）显示出了Sendust/MnO2复合材料样品的？’和？″。很明显，S1、S2与S3样品的？’值保持在10左右，而负载足够多MnO2涂层的S4样品的？’值在0.1～10.6GHz处保持在11.6，在7.9GHz处的峰值为12，随后在12.7GHz处增至13.3，并从15.4GHz的13.3急剧下降至16.8GHz的7.6。可以确定，在12.7GHz和15.4GHz处负载的样品出现了两个峰值，数值分别为13.2和13.3。通常，与磁性合金相比，半导体材料具有优异的导电性。此外，负载后的样品具有更高介电常数的原因是MnO2纳米片具有更大的表面，以增强界面极化。S1、S2与S3样品的？″值从0.1GHz的0缓慢上升到18GHz的0.5；然而S4样品的？″值从0上升到6，在8.7GHz、13.4GHz和16.1GHz处出现三个峰值。还可以发现，S4样品弛豫峰的量明显增加。结果表明，通过掺入足够含量的MnO2可以显著提高复合材料的介电损耗值。通常，各种极化效应导致？’’的增加[14]。在微波频率范围内，介电损耗主要由界面极化效应引起[15]。Sendust材料上的MnO2层增加了Sendust/ MnO2和MnO2/空氣之间的界面极化，导致介电损耗增加。从图4 （c）可以明显说明，通过负载足够含量的MnO2介电材料外壳，Sendust/ MnO2复合材料的介电损耗能力可以拓宽到18GHz。
图4（d）和图4（e）显示了复合材料的磁导率实部（μ′）和磁导率虚部（μ″）。从图中可以明显看出，S1、S2样品与S3、S4样品的磁导率虚部变化趋势明显不同，当S3、S4样品的MnO2负载量增加到一定程度时，复合材料的磁导率出现了明显的下降。S1、S2样品的μ’和μ’’值分别从0.1GHz的4.9左右下降到18GHz的0.9，以及从0.1GHz的2.7左右下降到18GHz的0。S3、S4样品的μ’和μ’’值分别从0.1GHz的4.2降低到18GHz的0.8，以及从0.1GHz的1.5降低到18GHz的0。结果表明，由于MnO2包覆层的存在，μ’和μ’’的值略有下降。值得注意的是，介电常数的变化不如复合样品的磁导率明显。原因是包覆的MnO2层很薄，而MnO2是一种介电损耗材料，MnO2对磁损耗能力的贡献可忽略不计。样品的磁损耗能力可以在图4（f）中进一步证实。只有当MnO2负载足够多时才能对样品的磁性能产生足够的影响，但影响并不明显。
4吸波性能分析
通常，低于-10dB的RL值的吸收区域称为有效吸收，这意味着可以吸收90%的EM波。如图5（a） ～图5（h）所示，其中，图5（a）～图5（d）为样品的二维反射损耗图，图5（e）～图5（h）为样品的三维反射损耗图；图5（i）为样品的有效吸收带宽与对应的匹配厚度图。与未负载的样品相比，包覆MnO2的Sendust薄片的RL值具有显著增长。负载后样品的RL值小于-10dB的区域显著增强。当匹配厚度区间为1～5mm时，有效吸收范围从4.74GHz（6.51～11.25GHz）扩大到11.15GHz（6.27～11.58GHz、12.16～18GHz）。从图中还可以看出，在7.77GHz处，当匹配厚度为3.0mm时，S1样品的最小RL值为-20.1dB，但是有效吸收带宽（6.5～8.5GHz）太窄，无法满足需要的宽吸收带宽的电磁吸收特性。而S4样品，在15.11GHz处，当匹配厚度为1.5mm时，最小RL值可以达到-41dB。此外，当其匹配厚度为1.6mm时，有效吸收带宽几乎可以覆盖13.39～17.94GHz。我们发现，由于添加了MnO2，在高频范围内的弛豫峰使吸收带扩展到了高频。通常，反射损耗值受材料反射和衰减能力的影响很大[16]。详细地说，入射微波应最大程度地传播到材料中，并最大程度地衰减。基于以上所述，由于介电层MnO2层的涂覆，系列样品的ε′略有增加，并且ε″明显增加，在高频范围内显示出峰值。因此，可以实现良好的电磁波衰减特性。
根據阻抗匹配原理，| Zin/ Z0|的值越接近于1，材料表面上反射的电磁波就越少，即材料对微波的吸收能力越好[17]。如图6所示，可以确认负载有MnO2的S2、S3、S4样品的阻抗匹配数值明显低于S1样品，且更接近于1，这意味着电磁波的大部分都可以入射到材料内部。相对而言，0～6GHz间样品的|Zin/Z0|值基本上低于6～18GHz的范围，也就是样品在频率较低时的阻抗匹配较优。而且可以发现，复合后样品的阻抗匹配值明显比未复合的材料更接近于1，换句话说，MnO2的存在优化了在不同频率和厚度下的Sendust/ MnO2复合材料的阻抗匹配特性[18]，进而提升了复合材料的吸波能力。
5结论
通过一步水热法合成了负载有MnO2纳米片的Sendust基复合材料。XRD与SEM测试确认了MnO2纳米片均匀地负载在Sendust表面。包覆MnO2后，引入了多种损耗机制，复合材料的介电损耗能力得到了很好的增强，而磁导率略有下降。电导率损耗、界面极化和磁损耗明显提高了复合材料的电磁波吸收带宽和吸收强度。Sendust/MnO2复合材料在15.1GHz处的RL值为-41dB，匹配厚度仅为1.5mm。当匹配厚度低于3mm时，吸收区域可以达到11.15GHz（6.27～11.58GHz，12.16～18GHz）。负载MnO2的Sendust片状复合材料的高效微波衰减主要归因于其本身较高的磁损耗和引入的半导体材料的介电损耗能力。本研究为今后常规电磁材料的性能优化提供了新的思路。
参考文献
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Research on Preparation of Sheet-Like Sendust/MnO2Composite and Its Microwave Absorption Properties
Yang Zhihong
College of Material Science and Technology，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China Abstract： The excellent structure of magnetic base and semiconductor coated layer has been designed in this work. The Sendust flakes coated with MnO2nanosheets were synthesized through an ordinary hydrothermal process. Through analyzing the microwave measurement results in the range of 0.1～18GHz， the addition of MnO2not only improved the dielectric loss of the composite with slightly reduction of the magnetic loss， but also introduced polarization to the composite. The impedance matching and the attenuation capability were well optimized and the absorption bandwidth and the RL value were correspondingly enhanced. The composite filled with 30wt% of the Sendust flakes coated with MnO2in paraffin have a minimum RL value of -41dB at 15.1GHz with the thickness of 1.5mm， while the uncoated flakes with the same thickness has bad performance. It can be confirmed that the Sendust coated with MnO2is the potential microwave absorber.
Key Words： Sendust flakes； MnO2； dielectric loss； microwave properties； impedance matching
关键词：Sendust；MnO2；介电损耗；微波性能；阻抗匹配
中图分类号：TQ531.3文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.08.011
基金项目：航空科学基金（2018ZF52071）
近年来，电子设备改变了人们的生活方式。但这些高科技的电子设备不仅给人们的生活带来便利，而且给环境和设备造成巨大的电磁干扰（EMI），对人体造成不可逆转的伤害。因此，为解决这一问题，开发一种能够有效吸收电磁波并将其转换为热能的材料是迫切而关键的解决方案[1-3]。通常，有4个关键因素来衡量电磁波吸收材料的性能，包括低填充率[4]、宽吸收带宽[5]、轻量和薄厚度[6]。近年来，Fe、Co、Ni及其合金因其惊人的磁性而受到广泛关注。例如，Gong等[7]采用低温水热法合成了FeCo合金，发现材料在10.48GHz时，反射损耗值可以达到-52dB。Zhao等[8]成功地合成了无定形SiO2包覆的Ni金属复合微球，并获得了更好的吸波性能。通常，复介电常数（εr=ε’-iε’’）和复磁导率（μr=μ’-iμ’’）是两个重要的电磁参数，可用来衡量材料的阻抗匹配值、介电和磁损耗能力等。一方面，良好的阻抗匹配要求μr和εr值接近；另一方面，出色的损耗能力取决于ε’’和μ’’的较高值。
磁性合金材料由于其良好的铁磁特性，出色的磁损耗能力和低成本的优点，已广泛研究并用于传统的微波吸收领域。例如，Xu等[9]用两步研磨法制备了片状羰基铁颗粒，以提高其磁损耗能力。然而，高电导率、较差的阻抗匹配和涡流损耗限制了磁性合金材料的推广应用。作为一种磁性合金，由Al质量分数5.5%、Si质量分数9.5%和Fe质量分数85%组成的Sendust材料比其他磁性合金具有优异的软磁性能和更高的电阻率。Si和Al的加入可以有效地降低材料的导电性。对于片状的Sendust材料，较大的各向异性和长径比可以在一定程度上克服Snoek极限，较薄的厚度可以减小涡流的产生[10]。鉴于上述优点，片状Sendust磁性合金已广泛用于无线电行业中。然而，近年来对于片状Sendust磁性合金材料的在微波吸收领域的研究较少。例如，Zhang等[11]通过煅烧掺有Sendust材料的Mg（OH）2溶胶合成了Sendust/MgO复合材料，并通过引入半导体材料以改善阻抗匹配来降低介电常数，在13GHz下最小RL值为-33dB。Zhang等[12]用简单的熔融混合法制备了尼龙6表面改性的Sendust片，发现εr的下降与尼龙6的含量成正比。Huang等[13]通过球磨将Sendust材料和多壁碳纳米管混合在一起，并通过调节MWCNT的掺杂量来调节介电损耗能力。在先前的研究中，多数都倾向于同时调节介电常数的实部和虚部，这使得无法同时获得强度介电损耗能力和阻抗匹配。介电和磁损耗的能力主要取决于ε″和μ″。对于Sendust合金，较低的ε’意味着更好的阻抗匹配。因此，提高Sendust材料微波吸收能力的最佳方法是减小ε’以增强阻抗匹配，增加ε″以提高其介电损耗能力，从而获得更好的电磁波吸收。因此，如何合理地将Sendust与其他材料结合以使其达到上述期望已成为这项工作的关键。
本文通过简单的一步水热法制备了负载有MnO2纳米片的Sendust基復合材料。MnO2纳米片在Sendust表面均匀生长并形成层状结构。根据测得的电磁参数进行分析，发现MnO2的引入可以有效地提高Sendust材料的介电损耗能力，从而提高其电磁波吸收能力。MnO2的引入不仅拓宽了吸收带宽，而且增强了Sendust薄片的反射损耗能力。本文提到的Sendust/MnO2复合材料制备方式为将来传统电磁波吸收剂方面的研究提供了新思路。
1试验部分
试验中使用的高锰酸钾（KMnO4）和乙酸（CH3COOH）属于分析试剂级，无须进一步纯化。通过普通的水热法合成了负载有MnO2的Sendust薄片。为了去除Sendust薄片表面的杂质，将Sendust薄片浸入工业级乙醇溶液中，并用超声波清洗机清洗25min。将0.6g处理过的Sendust薄片和0.1g的KMnO4溶解在40mL去离子水中搅拌10min。将1.0mL乙酸滴加到上述溶液中，再搅拌10min。然后将混合物转移到高压釜中并在100℃的条件下加热8h。最后，通过磁分离获得最终产物，用去离子水洗涤三遍，并在真空烘箱中于60℃干燥24h，收集样品并标记为S2。将纯Sendust材料记为S1，为了研究不同MnO2加入量对于复合材料电磁性能的影响，将水热过程中KMnO4的加入量改为0.2g与0.3g，并分别标记为S3、S4。
2材料成分、静磁性能及形貌分析
图1显示了包覆和不包覆MnO2的Sendust样品的XRD图谱。对于Sendust系列样品，衍射峰（111）、（200）、（220）、（400）和（422）可以被索引为具有DO3超晶格结构的α-Fe（Si，Al）合金。对于负载有MnO2的Sendust样品，很容易观察到Sendust相和MnO2相，并且没有发现其他明显的峰，这意味着合成后的MnO2纳米片的纯度很高。与Sendust片相比，通过化学方法合成的MnO2对应的弱峰可能是由于结晶度低且含量少。而且随着水热反应中MnO2相对含量的不断增加，可以看出对应样品的XRD特征衍射峰的强度也出现了明显的提升。
用振动磁强计VSM对样品在室温下的静态磁性能进行了表征，以研究MnO2包覆以及MnO2的负载量对Sendust基复合材料磁性能的影响。如图2所示，细的S形环状曲线表示样品具有良好的软磁特性。不同含量的MnO2负载后，饱和磁化强度（Ms）从135.9emu/g降至131.8emu/g、125.4emu/g以及116.4emu/g，下降的原因是由于铁磁性合金材料的Ms和Hc均比介电材料要高，非磁性材料MnO2的加入降低了磁性材料本身的饱和磁化强度。S1样品的矫顽力（Hc）为30.35Oe，而其他样品的矫顽力均低于S1样品，出现这一现象主要是因为MnO2纳米片的磁性要远小于Sendust样品。但是，MnO2的引入并没有显著改变Sendust材料的软磁性能。只是在一定程度上降低了材料的磁性强弱。
未负载和负载不同含量MnO2的Sendust复合材料的形态如图3所示。其中，图3（a）～图3（h）为样品的SEM图片；图3（i）为S2样品的元素分布图；图3（j）为S2样品的元素映射分布图。根据图3（a）和图3（b），未包覆MnO2样品的平均长度为30μm左右，表面相对光滑。图3（c）～图3（d），图3（e）～图3（f）和图3（g）～图3（h）分别显示出了包覆MnO2后的S2、S3、S4样品。显而易见，Sendust样品的表面产生了连续的MnO2纳米片层并且分布较为均匀，随着MnO2负载量的增加，样品表面也出现了一定程度的团簇现象。如图3（i）、图3（j）所示，主要检测到Fe、Si、Al、Mn和O的含量，这成功地证明了MnO2纳米片的存在。可以确认，MnO2纳米片与Sendust表面紧密结合，而不是堆叠在一起。而且这种致密的包覆在一定程度也可以增强材料的抗氧化性。
3电磁参数分析
图4 （a）和图4 （b）显示出了Sendust/MnO2复合材料样品的？’和？″。很明显，S1、S2与S3样品的？’值保持在10左右，而负载足够多MnO2涂层的S4样品的？’值在0.1～10.6GHz处保持在11.6，在7.9GHz处的峰值为12，随后在12.7GHz处增至13.3，并从15.4GHz的13.3急剧下降至16.8GHz的7.6。可以确定，在12.7GHz和15.4GHz处负载的样品出现了两个峰值，数值分别为13.2和13.3。通常，与磁性合金相比，半导体材料具有优异的导电性。此外，负载后的样品具有更高介电常数的原因是MnO2纳米片具有更大的表面，以增强界面极化。S1、S2与S3样品的？″值从0.1GHz的0缓慢上升到18GHz的0.5；然而S4样品的？″值从0上升到6，在8.7GHz、13.4GHz和16.1GHz处出现三个峰值。还可以发现，S4样品弛豫峰的量明显增加。结果表明，通过掺入足够含量的MnO2可以显著提高复合材料的介电损耗值。通常，各种极化效应导致？’’的增加[14]。在微波频率范围内，介电损耗主要由界面极化效应引起[15]。Sendust材料上的MnO2层增加了Sendust/ MnO2和MnO2/空氣之间的界面极化，导致介电损耗增加。从图4 （c）可以明显说明，通过负载足够含量的MnO2介电材料外壳，Sendust/ MnO2复合材料的介电损耗能力可以拓宽到18GHz。
图4（d）和图4（e）显示了复合材料的磁导率实部（μ′）和磁导率虚部（μ″）。从图中可以明显看出，S1、S2样品与S3、S4样品的磁导率虚部变化趋势明显不同，当S3、S4样品的MnO2负载量增加到一定程度时，复合材料的磁导率出现了明显的下降。S1、S2样品的μ’和μ’’值分别从0.1GHz的4.9左右下降到18GHz的0.9，以及从0.1GHz的2.7左右下降到18GHz的0。S3、S4样品的μ’和μ’’值分别从0.1GHz的4.2降低到18GHz的0.8，以及从0.1GHz的1.5降低到18GHz的0。结果表明，由于MnO2包覆层的存在，μ’和μ’’的值略有下降。值得注意的是，介电常数的变化不如复合样品的磁导率明显。原因是包覆的MnO2层很薄，而MnO2是一种介电损耗材料，MnO2对磁损耗能力的贡献可忽略不计。样品的磁损耗能力可以在图4（f）中进一步证实。只有当MnO2负载足够多时才能对样品的磁性能产生足够的影响，但影响并不明显。
4吸波性能分析
通常，低于-10dB的RL值的吸收区域称为有效吸收，这意味着可以吸收90%的EM波。如图5（a） ～图5（h）所示，其中，图5（a）～图5（d）为样品的二维反射损耗图，图5（e）～图5（h）为样品的三维反射损耗图；图5（i）为样品的有效吸收带宽与对应的匹配厚度图。与未负载的样品相比，包覆MnO2的Sendust薄片的RL值具有显著增长。负载后样品的RL值小于-10dB的区域显著增强。当匹配厚度区间为1～5mm时，有效吸收范围从4.74GHz（6.51～11.25GHz）扩大到11.15GHz（6.27～11.58GHz、12.16～18GHz）。从图中还可以看出，在7.77GHz处，当匹配厚度为3.0mm时，S1样品的最小RL值为-20.1dB，但是有效吸收带宽（6.5～8.5GHz）太窄，无法满足需要的宽吸收带宽的电磁吸收特性。而S4样品，在15.11GHz处，当匹配厚度为1.5mm时，最小RL值可以达到-41dB。此外，当其匹配厚度为1.6mm时，有效吸收带宽几乎可以覆盖13.39～17.94GHz。我们发现，由于添加了MnO2，在高频范围内的弛豫峰使吸收带扩展到了高频。通常，反射损耗值受材料反射和衰减能力的影响很大[16]。详细地说，入射微波应最大程度地传播到材料中，并最大程度地衰减。基于以上所述，由于介电层MnO2层的涂覆，系列样品的ε′略有增加，并且ε″明显增加，在高频范围内显示出峰值。因此，可以实现良好的电磁波衰减特性。
根據阻抗匹配原理，| Zin/ Z0|的值越接近于1，材料表面上反射的电磁波就越少，即材料对微波的吸收能力越好[17]。如图6所示，可以确认负载有MnO2的S2、S3、S4样品的阻抗匹配数值明显低于S1样品，且更接近于1，这意味着电磁波的大部分都可以入射到材料内部。相对而言，0～6GHz间样品的|Zin/Z0|值基本上低于6～18GHz的范围，也就是样品在频率较低时的阻抗匹配较优。而且可以发现，复合后样品的阻抗匹配值明显比未复合的材料更接近于1，换句话说，MnO2的存在优化了在不同频率和厚度下的Sendust/ MnO2复合材料的阻抗匹配特性[18]，进而提升了复合材料的吸波能力。
5结论
通过一步水热法合成了负载有MnO2纳米片的Sendust基复合材料。XRD与SEM测试确认了MnO2纳米片均匀地负载在Sendust表面。包覆MnO2后，引入了多种损耗机制，复合材料的介电损耗能力得到了很好的增强，而磁导率略有下降。电导率损耗、界面极化和磁损耗明显提高了复合材料的电磁波吸收带宽和吸收强度。Sendust/MnO2复合材料在15.1GHz处的RL值为-41dB，匹配厚度仅为1.5mm。当匹配厚度低于3mm时，吸收区域可以达到11.15GHz（6.27～11.58GHz，12.16～18GHz）。负载MnO2的Sendust片状复合材料的高效微波衰减主要归因于其本身较高的磁损耗和引入的半导体材料的介电损耗能力。本研究为今后常规电磁材料的性能优化提供了新的思路。
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Research on Preparation of Sheet-Like Sendust/MnO2Composite and Its Microwave Absorption Properties
Yang Zhihong
College of Material Science and Technology，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China Abstract： The excellent structure of magnetic base and semiconductor coated layer has been designed in this work. The Sendust flakes coated with MnO2nanosheets were synthesized through an ordinary hydrothermal process. Through analyzing the microwave measurement results in the range of 0.1～18GHz， the addition of MnO2not only improved the dielectric loss of the composite with slightly reduction of the magnetic loss， but also introduced polarization to the composite. The impedance matching and the attenuation capability were well optimized and the absorption bandwidth and the RL value were correspondingly enhanced. The composite filled with 30wt% of the Sendust flakes coated with MnO2in paraffin have a minimum RL value of -41dB at 15.1GHz with the thickness of 1.5mm， while the uncoated flakes with the same thickness has bad performance. It can be confirmed that the Sendust coated with MnO2is the potential microwave absorber.
Key Words： Sendust flakes； MnO2； dielectric loss； microwave properties； impedance matching