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中原工学院硕士学位论文

Fe-Co/碳基复合材料的微结构调控及吸波性能研究

摘要

随着电子信息技术飞速发展，各种电子设备的应用日益增多，随之产生的电磁污染

已被列为第四大污染源，开发高性能微波吸收材料被认为是解决问题的方法之一。磁性

碳基复合材料因其兼具“磁-电”双损耗机制而成为极具应用前景的微波吸收材料，组分调

控和微观结构构建是提高材料微波吸收效率的两个有效策略。本文从基本电磁波吸收机

理出发，引入微观结构设计理念，结合二者优势，开展对高性能磁性微波吸收材料的探

“N-ALC”“Fe/C”

索。研究成功制备出具有特殊结构的类手风琴状碳（）、多面体状铁碳（）

“Co-C”“FeCo/CoFeS/C”

和三维星型钴碳（）以及二维层状碳纳米片（88）四种微波吸收

材料，并对其微观结构、物化性质、电磁参数以及反射损耗特性和阻抗匹配特性等进行

表征，明确组分调控和结构设计对电磁波吸收材料性能提升的作用机制，主要工作如下：

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（）通过直接碳热还原尿酸制备得到类手风琴状碳质吸波材料，结合微观结构、

物化性质和电磁参数等的表征，基于电磁波吸收材料的作用原理，研究层状纳米片结构

以及碳热还原温度对类手风琴状碳质材料微波吸收效率的影响规律。N-ALC材料表现

出较为优异的微波吸收性能，在6.3GHz处，厚度为5.0mm时，最佳反射损耗强度为-27.6

dB6.0GHzXRCS34.7dBm2

，有效吸收带宽达到，基本覆盖波段，且值最大可降低。

高温处理直接影响碳组分的石墨化程度，从而增强介电损耗效果，独特的类手风琴状结

构还有助于电磁波的多次衰减。

（2）为探究组分调控对材料吸波性能的提升作用，基于MOFs衍生法成功多面体

Fe/C复合材料。在碳基吸波材料中引入磁性金属，提升磁损耗的同时还能通过合理地调

整复介电常数和复磁导率改善材料的特性阻抗。Fe/C复合材料的电磁性能分析表明，其

在5.0mm厚度下，获得5.8GHz的有效吸收带宽以及-42.2dB的反射损耗强度。CST

仿真进一步评估了Fe/C复合材料的实际应用潜力，其RCS值最大可降低30.7dBm2。

（3）基于组分调控以及微观结构构建对材料吸波性能的影响规律，优化和制备出

具有特殊三维星型结构的Co-C复合材料。通过对Co-C复合材料衰减能力和阻抗匹配

特性进行分析，发现材料中合适的磁性组分以及特殊的微观结构共同赋予其优异的微波

吸收性能，在2.0mm的厚度下获得6.1GHz的有效吸收带宽和-48.5dB的反射损耗值，

此外，CST模拟结果也证实其在实际应用中的良好潜力。碳基质中Co纳米粒子的均匀

分布扩大磁耦合区域的同时还能有效改善阻抗匹配特性，材料独特的星型结构还可通过

共振激发高强度电场，以耗散电磁能量，实现材料的宽频响应。

（4）采用简单高效的熔融盐模板法得到二维层状碳纳米片（FeCo/CoFeS/C复合

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材料），FeCo合金纳米粒子和CoFeS纳米粒子负载在碳纳米片表面，使偶极极化作用

88

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增强。对材料微观结构演变以及电磁特性的研究表明，FeCo粒子的引入促进电子转移

的同时还提高碳框架的相对石墨化程度，从而实现“磁-电”损耗的协同增强。优化后的

FeCo/CoFeS/C复合材料具有优异的微波吸收性能