铁酸镍/碳复合中空多壳层结构的制备及吸波性能

黄田野，杨 梅，王江艳，3，张少军，杜 江，王 丹，3

（1.郑州大学河南省资源与材料工业技术研究院,郑州 450001；
2.中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室,北京 100190；
3.中国科学院大学化工学院,北京 100049）

近年来，电子信息技术快速发展，无线通信设备普及应用，5G网络的建设为整个世界高效、快速的沟通提供了媒介，给人类的生产生活带来了日新月异的变化，也推动着现代经济社会的巨大进步.然而，无处不在的电磁辐射引起了严重的电磁污染，不仅会干扰电子设备的正常运行，甚至能够危及生命体健康.电磁波吸收材料能够将入射的电磁波转化为热能或其它形式的能量耗散掉，对于生命体健康防护、通信设备和环境保护以及军事领域应用都具有重要意义［1，2］.理想的吸波材料需要满足两方面的要求：（1）电磁波能够全部进入材料内部而不产生反射，这取决于吸收材料与自由空间的波阻抗匹配程度；
（2）电磁波一旦进入，则需要被彻底、迅速地转化为其它形式的能量耗散掉，这就要求吸波材料具有较强的电磁波损耗能力［3］.因此，如何调控材料的组成和结构，开发高性能吸波材料使之同时满足上述条件成为科研人员关注的重点.

铁氧体是一类传统的磁损耗型吸波材料，具有磁导率高、成本低及易合成等特点，但同时也存在比重大、损耗机制单一和阻抗匹配差等问题，难以满足现代吸波材料“轻、薄、宽、强”的要求，严重限制了其实际应用［4］.近年来，通过结构调控、掺杂、复合等方式改善铁氧体的吸波性能成为科研人员的常用策略.铁酸镍（NiFe2O4）是研究最多的铁氧体之一，因为其化学与机械稳定性良好、饱和磁化强度较高且在高频电磁波影响下损耗性能良好.Mandal 等［5］制备了纳米尺寸铁酸镍空心球，其密度降至3.91 g/cm3，有效带宽达到2.82 GHz；
Yunasfi等［6］制备了La掺杂的铁酸镍粉末，在10.22 GHz时反射损耗可达-14.72 dB；
Chen等［7］合成了核壳结构C@Ni0.75Co0.25Fe2O4纳米球，在仅有1.9 mm厚度时，反射损耗达到-51 dB，有效带宽达到3.3 GHz.

中空微纳结构是降低材料密度的有效手段，同时还可使电磁波在其内部空腔发生多次反射或散射，进而促进电磁波的衰减和耗散［5，7，8］.中空多壳层结构（Hollow multishelled structure，HoMS）是以纳米颗粒为基元构筑而成的具有多界面、多维度的微纳米级组装体，次序排列的多个壳层（≥2）及相互连通的多级空腔赋予其独特的时空顺序性和动态智能行为［9～11］.与简单中空结构相比，除了同样具有比重轻、有效表面积高及延长电磁波传输距离等优点外，HoMS还具有更为丰富的几何形状和设计空间，能够更好地调控复合吸波材料的组成、电磁参数和吸波性能，在高性能新型吸波材料开发方面具有极大应用潜力.科研人员已经逐步开展HoMS吸波材料的相关研究，如Li等［12］通过层层包覆法制备了多壳层空心多孔碳纳米颗粒，其结构有利于提高材料的电磁波衰减能力.Wu等［13］通过水热反应和空气煅烧制备了一系列具有缺陷的多壳层钴基铁氧体材料，发现尖晶石结构中的晶体缺陷比氧空位的贡献更大，为缺陷工程设计轻量化铁氧体吸波剂提供了启示.Zhao等［14］通过原位聚合和共沉淀法制备了一种新型的SiO2@C@NiCo2O4多壳层结构复合材料，其最小反射损耗（RLmin）达到了-46.96 dB，有效吸收带（RL ＜-10 dB）为3.76 GHz.可以预见，独特的HoMS有利于提高电磁波吸波性能，但是，目前相关研究还处于初始阶段，关于HoMS铁氧体的组成匹配、结构设计和电磁波耗散机理等方面还有众多问题亟待研究.

本文以铁酸镍（NiFe2O4）为底物，基于次序模板法合成了不同壳层数目的中空NiFe2O4材料；
进一步通过多巴胺原位聚合，再经过碳化处理，制备了NiFe2O4/C复合HoMS吸波材料；
表征了所制备材料的电磁参数，计算了其吸波性能，分析了不同复合结构对性能的影响.

1.1 试剂与仪器

Fe（NO3）3·9H2O（分析纯）和盐酸多巴胺（C8H11NO2·HCl，纯度98%），上海阿拉丁科技股份有限公司；
Ni（NO3）2·6H2O和蔗糖，分析纯，北京化学试剂公司；
三（羟甲基）氨基甲烷（C4H11NO3），超纯，北京索莱宝科技公司；
氨水（NH3·H2O），优级纯，北京国药集团；
无水乙醇，分析纯，北京化工厂；
高纯氮气（纯度99.999%），北京千禧京城气体有限公司；
实验室自制去离子水，电导率为18.25 MΩ·cm.

SU8020型冷场发射扫描电子显微镜（SEM）与能谱分析仪（EDS），日本日立公司；
JEM 2100型六硼化镧透射电子显微镜（TEM）和Smartlab型X射线衍射仪（XRD），日本理学株式会社；
Autosorb-1MP型物理吸附仪，美国康塔公司；
Excalibur 3100 型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），美国瓦里安公司；
Labsys Evo型高温热重差热同步热分析仪（TG-DSC），法国塞塔拉姆公司；
Escalab 250Xi型X射线光电子能谱仪（XPS），美国Thermo Fisher科技公司；
MPMS-3型磁性测量系统（VSM），美国量子设计公司；
E5071C型矢量网络分析仪，美国Agilent科技公司.

1.2 实验过程

1.2.1 次序模板法制备NiFe2O4HoMS 分别以Fe（NO3）3·9H2O 和Ni（NO3）2·6H2O 为原料，蔗糖为模板剂，采用次序模板法，通过调控合成条件制备了不同壳层数目的中空NiFe2O4材料.首先，保持镍和铁离子摩尔比为1∶2，分别称取2 mmol硝酸镍、4 mmol硝酸铁及一定量的蔗糖，将其充分溶解于75 mL去离子水中，搅拌形成透明澄清的前驱体溶液，并超声10 min去除溶液中的气泡.使用日本雅马拓公司ADL311S型喷雾干燥机进行喷雾干燥合成，喷枪入口温度设定为200 ℃，控制进液速度为2 mL/min，压缩气体气压为0.1 MPa.前驱体溶液在热氮气气流作用下迅速干燥形成前驱体粉末，将前驱体粉末在马弗炉中进行程序煅烧至400 ℃，保温5 h，即制得中空NiFe2O4材料.其中，控制前驱体溶液中Ni离子与蔗糖的摩尔比为4∶9，焙烧过程升温速率为4 ℃/min，可获得单壳层的NiFe2O4，记为1s-NiFe2O4HS；
调整Ni 离子与蔗糖的摩尔比为4∶15，焙烧过程升温速率为10 ℃/min，可获得双壳层的NiFe2O4，记为2s-NiFe2O4HoMS.

1.2.2 共沉淀法制备NiFe2O4纳米颗粒 为了考察中空多壳层结构对吸波性能的影响，采用共沉淀法制备了NiFe2O4纳米颗粒作为对比试样.分别称取10 mmol Fe（NO3）3·9H2O 和5 mmol Ni（CH3COO）2·4H2O溶于50 mL去离子水中，用氨水调节pH值至11，于30 ℃水浴搅拌6 h后，过滤.将红棕色过滤物以10 ℃/min升温速率煅烧至400 ℃，保温5 h，所得产物即为NiFe2O4纳米颗粒，记为NiFe2O4NPs.

1.2.3 原位包覆法制备NiFe2O4/C复合HoMS 配制50 mL三（羟甲基）氨基甲烷溶液，用盐酸调节其pH值至8.5，作为缓冲液待用.向缓冲液中加入30 mg 盐酸多巴胺单体，搅拌溶解10 min 后，溶液呈棕色；
再加入100 mg中空NiFe2O4粉末，超声分散上述混合溶液30 min；
然后在室温下连续搅拌24 h，使多巴胺在NiFe2O4表面发生原位聚合反应；
最后，将产物离心、洗涤、干燥，即可获得聚多巴胺（PDA）包覆的NiFe2O4HoMS 材料.在氮气气氛下，将制备的NiFe2O4/PDA 复合粉末以5 ℃/min 的速率升温至450 ℃，保温5 h，使聚多巴胺发生碳化分解，再自然冷却至室温，收集产物，即为碳包覆的复合NiFe2O4HoMS复合材料.采用相同条件，加入相同质量比的NiFe2O4NPs，制备NiFe2O4/C复合粉体作为对比试样.

2.1 中空NiFe2O4的制备与表征

图1 为NiFe2O4/C HoMS 复合材料的制备流程图.其中，采用喷雾干燥技术，并结合程序煅烧过程合成了具有中空结构的NiFe2O4HoMS.喷雾干燥技术是一种制备富含前驱体模板的有效手段，不仅能够精确控制产物组成，而且有利于满足实际应用需求.首先，含有Ni2+和Fe3+的前驱体溶液在超声雾化作用下分散成为细小的液滴，紧接着，在高温作用下溶剂迅速汽化，同时蔗糖发生缩聚反应形成碳模板，制得富含金属离子的球形前驱体颗粒.基于次序模板法原理［15］，在程序煅烧过程中，碳模板由外至内与氧发生反应，不断脱除，而其中的金属前驱体随之收缩、聚集、固化、结晶，逐渐形成刚性壳层，内部模板则继续反应，多次发挥模板作用，最终形成多壳层结构.通过调控前驱体溶液组成和程序煅烧速度可以控制产物的壳层数目，前者决定了金属离子在前驱体颗粒中的含量，而后者决定了模板的去除速度.

图2（A）～（F）为NiFe2O4产物的TEM 和SEM 照片，其中图2（A）和（D）对应单壳层NiFe2O4中空球，图2（B）和（E）对应双壳层NiFe2O4HoMS，而图2（C）和（F）则对应NiFe2O4纳米颗粒.可以看出单、双壳层NiFe2O4产物均为球形颗粒，其粒径差异较大，从几百纳米到2 μm不等，颗粒内部均为中空结构，具有不同的壳层数目，其中，单壳层壳壁厚度在100～140 nm，而双壳层两层壳壁的厚度约为40～60 nm.作为对比的铁酸镍纳米颗粒大量团聚在一起，其粒径主要分布在10～30 nm，含有部分棒状颗粒.

图2（G）为单、双壳层NiFe2O4HoMS及纳米颗粒的XRD谱图.可见，3种产物颗粒的X射线衍射峰与尖晶石结构NiFe2O4的标准PDF #54-0964 卡片一一对应，其中，2θ=18.428°，30.309°，35.701°，37.320°，43.383°，53.831°，57.393°和63.021°处的衍射峰依次对应于NiFe2O4的（111），（220），（311），（222），（400），（422），（511）和（440）晶面，表明合成的产物均为尖晶石结构NiFe2O4.产物的主要衍射峰尖锐，表明其结晶性好；
无明显杂峰出现，说明合成的是纯相NiFe2O4.根据谢乐（Scherrer）公式［D=Kλ/（βcosθ）］计算得出单、双壳层空心球中NiFe2O4晶粒的尺寸为分别为25.7和20.2 nm，而纳米颗粒的晶粒尺寸为25.8 nm，与单壳层接近.图2（H）为单、双壳层NiFe2O4HoMS及纳米颗粒的氮气等温吸附-脱附曲线，属IUPAC分类中的V型，其中，纳米颗粒的滞后环较中空结构更为明显，主要是颗粒堆积孔造成的［16］.由吸附-脱附曲线计算得单壳层比表面积为25.48 m2/g，而双壳层比表面积为73.07 m2/g，纳米颗粒的比表面积为54.38 m2/g.比表面积大导致在电磁吸收过程中发生界面极化的程度加深，有利于增强电磁波的吸收.

采用振动样品磁强计测试了所制备的单、双壳层NiFe2O4HoMS 及纳米颗粒的静磁性能，其磁滞回线如图2（I）所示.所有样品都呈现了典型的S型M-H曲线，表明存在铁磁性.由图2（I）可知，单壳层、双壳层的饱和磁化强度（Ms）分别为7.47和15.17 A·m2/kg，随着壳层数目的增加而增大，但是仍然小于纳米颗粒的饱和磁化强度（33.127 A·m2/kg），且均小于室温下铁酸镍块体材料的饱和磁化强度（47.5 A·m2/kg）.通常，材料组成相同时，表面自旋无序度及其晶粒大小是决定Ms值高低的重要因素，本研究中，不同形貌的NiFe2O4晶粒粒度近似，但是由于颗粒排列方式的不同，导致其表面自旋无序程度产生差异，进而导致Ms的变化［17］.由磁滞回曲线还可知单壳层、双壳层和纳米颗粒的矫顽力（Hc）分别为0.32，7.12和3.52 kA/m.矫顽力是表示磁性材料抵抗退磁的能力，主要受晶粒尺寸变化影响，对于大致球形的晶粒，Hc随晶粒尺寸的减小而增加，同时，矫顽力还源自不可逆磁化过程，包括磁各向异性、杂质、气孔及缺陷等因素［18］.与单壳层和纳米颗粒相比，双壳层晶粒更小，比表面积最高，均匀的外形造成不可逆磁化程度更高，因此矫顽力最大.

Fig.2 TEM images(A—C),SEM images(D—F),XRD patterns(G),N2 adsorption and desorption isotherms(H)and magnetization hysteresis curves(I)of 1s-NiFe2O4 HoMS,2s-NiFe2O4 HoMS and NiFe2O4 NPs

铁氧体是一类比重大的吸波材料，密度问题严重限制其实际应用.实验中考察了所制备的中空NiFe2O4HoMS 的松装密度和振实密度.结果表明，单、双壳层NiFe2O4HoMS 的松装密度分别为0.249和0.252 g/cm3，都小于0.3 g/cm3，其振实密度略有上升，单壳层为0.325 g/cm3，而由于壳层数目增加，单位体积内质量也随之增大，双壳层振实密度增加到0.343 g/cm3.而自制纳米颗粒的松装密度和振实密度分别为1.190与2.049 g/cm3，远高于HoMS材料.甚至与商业铁酸镍纳米粉体相比，其振实密度为0.874 g/cm3，是HoMS材料的2.5倍以上.HoMS的内部空腔和壳层上大量的孔道显著降低了铁氧体材料的密度，因此，这些轻质HoMS在电磁波吸收领域具有广阔的应用前景.

2.2 NiFe2O4/C复合HoMS的制备与表征

图3（A）～（C）分别为单、双壳层NiFe2O4及纳米颗粒碳包覆后产物的TEM 照片.可见，在球形NiFe2O4的外壳层表面覆盖了一层均匀涂层，进一步形成了双层复合结构；
其中，单壳层碳层厚约为61 nm，双壳层碳层厚约37 nm.而纳米颗粒中由于发生了团聚，包覆的涂层并不均匀，存在大片颗粒堆积.图3（D）～（F）示出了双壳层NiFe2O4/C HoMS的SEM及破裂颗粒上Fe，Ni，O，C元素的EDS线扫描结果.可见，沿扫描方向各个元素的信号强度变化与壳层轮廓变化相符，在0.5和2.0 μm附近出现信号同步减弱，对应于内外壳层的间隙处，在此范围内则表示内壳层的元素组成变化.在内壳层上，各个元素的信号强度与外壳层相比均无明显变化，一方面说明内外组成相同，另一方面也证实了包覆不仅仅在外壳层发生，有部分PDA 通过孔隙进入到HoMS 的内部，在内壳层表面也实现了包覆，即原先的双壳层包覆后形成了四层结构.这也是相同质量包覆的条件下，双壳层中空球的外壳层包覆层更薄的原因.

Fig.3 TEM images of 1s-NiFe2O4/C HoMS(A),2s-NiFe2O4/C HoMS(B)and NiFe2O4/C NPs(C)composites,SEM images of 2s-NiFe2O4/C HoMS(D) and its broken spheres(E),and EDS element line scanning along the line in(E)(F)

图4（A）为3种NiFe2O4/C复合粉体的XRD谱图.可以看出，其衍射峰均与PDF#54-0964卡片相对应，表明仍以尖晶石结构NiFe2O4为主.但是，XRD 谱中碳的衍射峰均不明显，仅有由单壳层形成的NiFe2O4/C HoMS 在2θ=20°附近出现了极弱的包络峰，这主要是由于碳的含量少，而且相对强度低所致.另外，复合粉体的XRD谱图中均有微弱的金属Ni衍射峰（PDF#65-0380）出现，纳米颗粒复合粉体最明显，可能是PDA分解碳化后，直接将镍还原出来造成的.不同壳层数目NiFe2O4/C HoMS的TG曲线类似，均存在2个阶段的失重.以双壳层为例进行分析［图4（B）］：第一阶段失重约1.2%，为结晶水的脱出；
第二阶段直观失重约为8.3%，主要归结于碳的氧化失重.然而，在378～456 ℃范围，出现了一个反常的重量先增加（0.9%）再减小（1.5%）的过程，这里可能同时存在金属镍被氧化和碳氧化两个过程，当镍氧化的增重大于碳氧化的失重时，TG 曲线出现上升，而当镍氧化完全，只进行碳氧化反应时，TG曲线则再次下降.

Fig.4 XRD patterns of 1s-NiFe2O4/C HoMS,2s-NiFe2O4/C HoMS and NPs/C composites(A)and TG curve of 2s-NiFe2O4/C HoMS(B)

利用XPS表征了合成的NiFe2O4HoMS在包覆前后元素的化学态变化，结果如图5所示.与纯铁酸镍相比，NiFe2O4/C HoMS的XPS全谱扫描证实C1s谱的出现［图5（A）］，即存在碳的包覆.图5（B）和（C）分别为包覆前Ni2p和Fe2p的XPS谱图，其中，通过高斯-洛伦兹函数进行拟合可知，872.5和855.2 eV处的吸收峰分别对应于和，而725.3，723.7，711.7 和710.0 eV 处的吸收峰分别对应于和，Fe3+的吸收峰强度明显大于Fe2+.图5（E）和（F）则分别对应包覆后Ni2p和Fe2p的XPS谱图，比较发现，在869.3和852.0 eV处出现了和的吸收峰，同时Fe2+的吸收峰强度明显增加.上述结果表明，包覆碳后的NiFe2O4表面的Ni主要以Ni2+为主，含有少量零价Ni，这也与XRD结果相符，而Fe同时含有Fe2+和Fe3+.

Fig.5 XPS spectra(A,C),high-resolution Ni2p spectra(B,D)and high-resolution Fe2p spectra(C,F)of 2s-NiFe2O4 HoMS(A—C)and 2s-NiFe2O4@C HoMS(D—F)

2.3 NiFe2O4/C 复合HoMS吸波性能

采用矢量网络分析仪对单壳、双壳及纳米颗粒复合粉末进行了电磁参数测试.结果如图6 所示，其中，图6（A）和（B）分别是复介电常数（εr=ε′-iε″）的实部（ε′）和虚部（ε″），图6（D）和（E）分别对应复磁导率（μr=μ′-iμ″）的实部（μ′）和虚部（μ′′），图6（C）和（F）是由此计算的介电损耗正切值（tanδε=ε″/ε′）和磁损耗正切值（tanδμ=μ″/μ′）.可以看出，尽管NiFe2O4与C 的比例基本一致，但是由于微观形貌和结构的不同，各个电磁参数发生了很大变化.由于添加了导电的碳材料，在1～18 GHz频率范围内，介电常数相比纯NiFe2O4（实部3.3～3.8，虚部0～0.6）都有较大提升，其中，实部随频率增加从10.6 下降至约6.2，单壳层实部最大，双壳层次之，纳米颗粒最低；
而对于NiFe2O4/C HoMS，其虚部在5～17 GHz范围出现了明显的频散现象，意味着电磁波的传输由于介质结构发生了改变.在低于4.2 GHz 范围内，双壳层虚部最高，高于该频率，单壳层虚部最大，进而导致介电损耗正切值也发生与虚部类似的变化；
在低于5.9 GHz范围内，双壳层NiFe2O4/C HoMS的介电损耗更强，而高于此频率，单壳层的介电损耗更大.介电常数实部（ε′）和虚部（ε″）分别代表了材料电能的储存能力和耗散能力，电损耗正切角代表材料的电损耗大小.介电常数可能受多种极化方式影响，如空间电荷极化、弛豫极化和偶极子极化等，并与频率密切相关［20］.对于NiFe2O4/C复合粉体说，一方面，Fe离子、Ni离子与其周围的O离子形成偶极子而产生偶极极化；
另一方面，由于NiFe2O4与C的电导率不同，其界面处还会产生界面极化.上述3种形貌复合物的界面差异大，纳米颗粒团聚严重，碳包覆并不均匀，异质界面少于HoMS复合粉体，所以介电常数最低，而对于不同壳层数目的HoMS而言，受多重因素影响，导致介电常数随频率变化.

Fig.6 Real parts(A) and imaginary parts(B) of complex permittivity,dielectric loss tangent(C),and real parts(D) and imaginary parts(E) of complex permeability,magnetic loss tangent(F) of NiFe2O4/C HoMS and NPs/C composites

图6（D）和（E）为不同形貌NiFe2O4/C复合物的相对复磁导率实部（μ′）与虚部（μ″）随频率的变化情况，分别表示磁能的储存能力和耗散能力［21］.可见，纳米颗粒的磁导率实部最大，随频率增加从1.52降至约1.0，在6 GHz后略有起伏；
而双壳层在频率低于3 GHz时，实部略高，然后逐渐下降，与单壳层相差不大；
虚部变化较为复杂，在1～6 GHz低频范围，纳米颗粒复合物略优于双壳层，之后迅速下降，在中高频区域，HoMS复合物均好于纳米颗粒，其中双壳层略优于单壳层.图6（F）是计算的磁损耗正切值，反映了材料磁损耗的大小，可以看出HoMS复合物在更大频率范围内的磁损耗都大于纳米颗粒复合物，且随壳层数目增加而增大.对于NiFe2O4/C 复合物，磁损耗主要依赖于铁酸镍的作用，尽管纳米颗粒的饱和磁化强度最大，但由于粒子团聚堆积降低了其有效的磁各向异性，从而导致磁损耗能力较差.铁氧体材料的磁损耗包括涡流损耗、自然共振、磁滞损耗和剩余损耗等［22］，根据趋肤效应公式μ″/（μ′2f）=2πμ0d2σ［μ0为真空磁导率（H/m），d为样品厚度（mm），σ为电导率（S/m）］判定磁损耗来源于涡流损耗还是自然共振，如果主要来自前者，则μ″/（μ′2f）不随频率变化而变化，反之，则以自然共振为主.计算了双壳层NiFe2O4/C HoMS的μ″/（μ′2f）随频率变化，结果如图7所示，可见在1～18 GHz范围内，μ″/（μ′2f）随频率均发生明显的改变，因此推测磁损耗主要是自然共振引起的.

Fig.7 Variation of μ″/(μ′2f) vs.frequency of 2s-NiFe2O4/C HoMS composites

根据上述电磁参数，由传输线原理即可计算3 种NiFe2O4/C 复合物在1～5 mm 厚度范围内的反射率RL 值、有效带宽（Effective absorption bandwidth，EAB，RL＜10 dB）统计结果及相应的阻抗匹配率，结果如图8 所示.可见，NiFe2O4/C HoMS 均呈现出更优异的吸波性能，最小反射损耗和有效带宽都优于纳米颗粒复合物.其中，可以清晰地看出涂层厚度和频率对吸波损耗的影响，随着样品厚度的增加，反射损耗向低频方向移动，这可以用四分之一波长理论来解释.双壳层NiFe2O4/C HoMS 在厚度为3.5 mm 时，材料在8.44 GHz 处反射损失最小，达到了-32.35 dB，厚度为2.0 mm时，材料在14.01～17.69 GHz 范围内反射损耗小于-10 dB，能够实现90%以上的电磁波吸收，有效吸收带宽为3.68 GHz；
而单壳层NiFe2O4/C HoMS在厚度为4.0 mm时，材料在7.00 GHz 处反射损失最小，达到-33.85 dB，在厚度为2 mm 时有效宽度可达4.13 GHz（13.53～17.66 GHz）.纳米颗粒构成的复合物的RL值与厚度成正比，随厚度增加而增大.尽管3种NiFe2O4/C复合物组分相同，但是由于HoMS几何形貌的变化，改变了NiFe2O4和C的相对分布位置，结果呈现出不同的电磁参数和吸波性能.这里最强的反射损耗和有效带宽并不一致，双壳层NiFe2O4/C HoMS虽然具有最佳的衰减损耗能力，但是有效带宽却没有单壳层的大，原因可能在于材料的阻抗匹配率的差异.比较它们的阻抗匹配计算结果可以发现，单壳层NiFe2O4/C HoMS在2 mm厚度下，其阻抗匹配值比双壳层更接近于理想值1，意味着在相同条件下有更多的电磁波进入到介质中，增加了频率宽度.

Fig.8 Calculated results of reflection loss versus frequency(A1,B1,C1),statistical diagram of EAB in the thickness range of 1—5 mm(A2,B2,C2),and impedance matching ratio(A3,B3,C3) of NPs/C composites(A1—A3),1s-(B1—B3),and 2s(C1—C3)-NiFe2O4/C HoMS composites in the range of 1—5 mm

HoMS为不同损耗机制材料的复合提供了丰富的排布和调控空间，可以同时实现多种损耗机制协同作用，如偶极子极化、界面极化和自然共振等.而且，更为重要的是HoMS相比纳米颗粒，能够延长电磁波的传输路径，增加与材料相互作用的几率，从而实现更优异的吸波性能，具有很大的发展潜力.为了同时提升反射损耗和有效带宽，对于HoMS基吸波材料，还需要进行更精细的结构、组成调控以及机理分析.

基于次序模板法，通过喷雾干燥和程序煅烧过程制备了单、双壳层的NiFe2O4HoMS材料；
再利用聚合物原位包覆及碳化处理获得了NiFe2O4/C 复合HoMS 吸波材料，研究了不同形貌复合物的吸波性能，分析了不同复合结构对性能的影响.结果表明，HoMS能够解决铁氧体材料比重大的问题，而且呈现出比纳米颗粒更优异的吸波性能，最小反射损耗和有效带宽都优于纳米颗粒复合物.其中，双壳层NiFe2O4复合物吸波性能最佳，当样品厚度为3.5 mm 时，材料在8.44 GHz 处反射损失最小，为-32.35 dB，当样品厚度为2.0 mm 时，材料在14.01～17.69 GHz 范围内反射损耗小于-10 dB，有效吸收频宽为3.68 GHz.HoMS 为不同损耗机制材料的复合提供了丰富的调控空间，可以同时实现多种损耗机制协同作用，更重要的是可以延长电磁波的传输路径，增加其与材料相互作用的几率，从而实现更优异的吸波性能.

猜你喜欢 吸波中空电磁波 基于PM算法的涡旋电磁波引信超分辨测向方法北京航空航天大学学报(2022年7期)2022-08-06聚焦电磁波和相对论简介中学生数理化(高中版.高考理化)(2022年5期)2022-06-01多壁碳纳米管对SiC/SiC陶瓷基复合材料吸波性能影响陶瓷学报(2021年5期)2021-11-22聚碳硅烷转化碳化硅陶瓷吸波性能的研究进展陶瓷学报(2021年4期)2021-10-14电磁波和相对论简介考点解读中学生数理化(高中版.高考理化)(2021年5期)2021-07-16碳与陶瓷复合中空纤维膜的制备及其处理含碘废水性能的研究陶瓷学报(2020年2期)2020-10-27一种实现中空塑料件表面焊接其他塑料件的装置橡塑技术与装备(2018年18期)2018-09-22Q22、Q25 mmCr- Ni-Mo、Cr-Ni-W系列正七边形中空钎钢的研发凿岩机械气动工具(2017年3期)2017-11-22CoFe2O4/空心微球复合体的制备与吸波性能原子与分子物理学报(2015年1期)2015-11-24球磨机中空轴裂缝处理的新方法新疆钢铁(2015年1期)2015-11-07

相关热词搜索：制备 复合 性能