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【资料】低频带活性炭@Fe3O4复合材料的简易合成及微波吸收研究

发布日期:2019-02-28 17:00 来源:活性炭网 作者:活性炭网 浏览数:

通过 水热法 合成了在低频范围内具有良好电磁波吸收性能的 活性炭@ Fe 3 O 4 复合材料 。 通过 XRD,VSM,SEM,TEM和VNA分别 对制备的复合材料的晶体结构,微观结构,磁化性能,频率依赖

通过水热法合成了在低频范围内具有良好电磁波吸收性能的活性炭@ Fe 3 O 4复合材料通过 XRD,VSM,SEM,TEM和VNA分别对制备的复合材料的晶体结构,微观结构,磁化性能,频率依赖性电磁性能和微波吸收性能进行了表征。结果表明,复合材料的电磁波吸收性能可通过添加活性炭来调节。合适的Fe 3 O 4负载量活性炭上的NPs也可以增强复合材料的微波吸收性能。电介质和磁损耗的协同作用是主要的电磁波吸收机制,当百分比在1.55 GHz(1.07-2.62 GHz)的频率范围内,在1.75 GHz时具有-5 dB带宽的最大RL为-10.08 dB Fe 3 O 4 NPs的厚度和复合材料的厚度分别为74wt%和5mm。因此,本研究报道的复合材料可用作0.5-3 GHz低频范围内有前途的微波吸收材料。

图形摘要:低频段<a href='http://www.hxt7.com' target='_blank'><u>活性炭</u></a>@Fe3O4复合材料的简易合成和微波吸收研究

 

1. 简介

如今,随着现代雷达和电子设备的快速发展,人们越来越关注GHz范围内的电磁波吸收材料。1-4但是,特别是今天使用的舰载相控阵雷达的探测频段位于S波段的低频范围内,许多天基雷达的工作频率范围迄今已扩展到1.2 GHz 。此外,日常生活中使用的电子设备的辐射频率范围集中在低频带。然而,现有的对电磁波吸收材料的研究主要集中在2-18GHz范围,并且这些材料的微波吸收在低频电磁波区域中非常差,特别是在1-2GHz的范围内。这对于在低频带中具有良好吸收能力的材料的设计和开发提出了重大挑战。5,6

近年来,已经广泛研究了各种能够通过干涉将它们耗散或将它们转换成热量来衰减电磁波的材料,包括介电材料,7,8磁性金属,9,10导电大分子,11,12和铁氧体。其中,材料由于其优异的性能,例如优异的化学稳定性,高导电性和独特的结构而得到了广泛的研究。13-15然而,由于单侧介电损耗,使用未改性的材料几乎不可能获得优异的电磁波吸收性能。因此,为了优化碳材料作为电磁波吸收剂的性质,需要对具有不同电磁损耗机制的其他纳米材料进行改性和复合,这是一种改善其微波吸收性能的有希望的方法。16,17

在过去的几十年中,由于其特殊的磁性,强吸收性能,低成本,已经进行了大量研究以用铁氧体装饰碳材料以制备磁性纳米颗粒.Heidari 等。18研究了ZnO / Fe 3 O 4 / GO纳米复合材料在5-8 GHz频率范围内的微波吸收性能结果表明,通过提高均化器速度可以提高纳米粒子的分散性,从而提高吸收带宽; 此外,与没有氧化石墨烯的复合材料相比,氧化石墨烯对吸收具有重要影响。等人。19制造空心ZnFe2个 ø 4微球@ RGO装饰有TiO 2个纳米片通过两步水热法。ZnFe 2 O 4 @rGO @ TiO 2复合材料的电磁波吸收特性表明,它们的最大反射损耗可以显着提高,在3.8 GHz时涂层厚度为2.5 mm时达到-55.6 dB,最大吸收带宽超过 - 10 dB约为6.4 GHz。等人。20个制造多壁碳纳米管/ Fe的3层 ö 4层复合材料通过在X波段的频率范围内,还研究了水热合成方法及其微波吸收性能。随着Fe 3 O 4含量的增加,在12.05 GHz下的最大反射损耗为-18.22 dB,以增强复合材料的磁损耗。Sardarian 等。21制备的Fe 3 ö 4 /的BaTiO 3 @MWCNT三元复合材料,并研究它们的增强的微波吸收性能的协同机制; 随着磁性颗粒含量的增加,复合材料的微波吸收在低频带中得到改善。

在目前的研究中,已经广泛研究了各种类型的碳材料,例如CNT(MWCNT),石墨烯(氧化石墨烯)和碳纤维,而活性炭的微波吸收性能很少有报道。由于其结构松散,活性炭在许多领域也是一种有利的载体。此外,作为一种磁性铁氧体,Fe 3 O 4由于其高磁损耗和居里温度而被广泛用于吸收电磁波。22然而,磁导率的虚部是在纯Fe比介电常数的大得多3 ö 4颗粒,这导致相对较差阻抗匹配。因此,结合Fe 3具有活性炭的4颗粒可能是改善其电磁波吸收性能的有希望的途径。

因此,由于其优异的介电性能,在本研究中使用活性炭作为介电吸收剂载体与Fe 3 O 4纳米颗粒(此后称为Fe 34 NPs)复合由于其高效和方便,通过水热法合成了所制备的活性炭@Fe 3 O 4复合材料此外,通过 XRD,VSM,SEM,TEM和矢量网络分析(VNA)分别对制备的复合材料的相识别,微观结构,磁化曲线和微波吸收性能进行了表征。结果表明活性炭@Fe3 O 4复合材料可用作0.5-3 GHz低频段微波吸收的新候选者。

2. 实验

2.1。 活性炭@ Fe 3 O 4复合材料的合成

我们调查中使用的分析纯活性炭微粉购自中国重庆茂业化学试剂有限公司。通过水热合成法制备涂覆在活性炭上的Fe 3 O 4 NP 23详细说明,3.95克氯化铁六水合物(FeCl 3 ·6H 2将O)加入到80mL乙二醇中以形成澄清溶液。然后,在连续搅拌和超声分散30分钟的同时,将8.75g三水合乙酸钠(NaAc)和不同量的活性炭连续加入上述溶液中。随后,将所得混合溶液直接密封在100mL特氟隆衬里的不锈钢高压釜中,并将温度保持在200℃下12小时。将高压釜冷却至室温后,使用磁铁将沉淀物与溶液分离。然后,将所制备的黑色产物依次用蒸馏水和乙醇洗涤三次,并在50℃下干燥6小时。了解Fe 3 O 4的影响对微波的吸收性能的NP含量,含0,27,53,74,和100重量%的Fe五个样品3 ö 4周的NP(表示为活性炭,27%的Fe 3 ö 4,53%的Fe 3 ö 4,74%分别使用与上述相同的方法制备Fe 3 O 4和纯Fe 3 O 4六水合氯化铁和NaAc购自中国成都科龙化学试剂有限公司,乙二醇购自中国国药化学试剂有限公司。所有化学品均为分析纯,无需进一步纯化即可使用

2.2。 描述

通过在Hitachi S-4800上的扫描电子显微镜(SEM)和在JTM-2100上的透射电子显微镜(TEM) 观察和研究复合材料的微观结构和元素分布晶体结构和相位分量,通过用铜的Kα的理学d / MAX-2004 X射线衍射仪测得的α辐射(λ = 0.15418纳米)。在Q-VSM振动样品磁强计(VSM)上测定复合材料的磁化曲线。使用石蜡作为粘结剂粘附活性炭@ Fe 3 O 4颗粒,采用物理混合法制备活性炭@ Fe 3 O 4/石蜡复合物与活性炭的质量比@ Fe 3 O 4和石蜡以1:1固定,因为当颗粒过载时混合物将变得非常难以成形。然后,将生产的混合物压成环形,外径为7毫米,内径为3.04毫米,厚度为2-5毫米。因此,可以在TIANDA TD3618C矢量网络分析仪上使用0.5-3 GHz的同轴传输和反射方法测量S参数(即S 1121),并显示室温下实际测量过程的详细信息在图1中最后,电磁参数(根据Nicolson和Ross的理论计算复合材料的相对复介电常数和磁导率。24

图1 使用同轴传输和反射方法 测量S参数。

基于传输线理论和上面测量的电磁参数计算活性炭@Fe 3 O 4 /石蜡复合材料 的介电损耗角正切,磁损耗正切和频率相关in / 0输入阻抗ž 可以被表示为如下:25(1)其中d是材料的厚度,˚F频率,Ç光速,μ - [R相对复磁导率,并且ε - [R图像文件:c8ra04141e-t1.tif相对复杂的介电常数。因此,吸收材料表面处的入射电磁波的反射损耗(以下称为RL)如下给出:(2)其中0是空气阻抗。此外,整个计算过程用Matlab语言编程,用于计算电磁参数,介质和磁损耗正切以及最终的微波反射损耗。图像文件:c8ra04141e-t2.tif

3. 结果和讨论

使用XRD衍射仪测量 活性炭@Fe 3 O 4复合物的晶体结构图2显示了所制备样品的衍射图案。在2的特征衍射峰θ= 31.24°,36.82°,44.76°,55.62°,59.30°和65.19°的与(220)一致,(311),(400),(422),(511)和(440)Fe 3 O 4平面,如标准卡(JCPDS卡号26-1136)中所报告的。26此外,在约2峰值θ = 26.20°被分配给蓬松结构化活性炭(JCPDS卡编号26-1076)的(002)面。27观察到Fe 3 O 4衍射峰的强度随着Fe 3 O 4 NP负载量的增加而增强,并且活性炭的强度在相同的过程中减少。上述现象表明Fe 3 O 4 NPs可以成功地引入蓬松结构的活性炭上。

图2 活性炭@ Fe 3 O 4吸收复合材料的X射线衍射图

为了验证所制备的样品的磁性,在室温下使用VSM测量它们的磁滞回线,如图3所示观察到复合材料的饱和磁化强度与Fe 3 O 4 NPs 的负载量密切相关,并且较高的负载量导致较大的饱和磁化强度。的24.07克鸸鹋饱和磁化值-1,47.25鸸鹋克-1,62.43鸸鹋克-1和85.05鸸鹋克-1对应于27%的Fe 3 ö 4,53%的Fe 3 ö 4,74%的Fe 3 ö 4和纯铁分别为3 O 4个 NP。此外,样品的剩磁和矫顽力都相对较低,这表明复合材料的磁滞回线表现出典型的顺磁行为。

图3 活性炭@ Fe 3 O 4复合材料和纯Fe 3 O 4 NPs的磁滞回线

图4显示了活性炭,Fe 3 O 4 NPs和活性炭@ Fe 3 O 4复合材料的微观结构结果表明,活性炭的尺寸远大于通过水热合成法制的Fe 3 O 4 NPs 的尺寸,活性炭的表面相对不规则。细Fe 3 O 4 NP呈现球状结构,并且它们中的许多通过彼此凝聚而形成多孔结构。复合材料中Fe 3 O 4 NPs 的负载量相对较低时,只有少量Fe 3如图4(b)所示,4 NP加载在视野中的活性炭表面上这是因为活性炭的密度远低于Fe 3 O 4的密度因此,低质量含量的Fe 3 O 4导致活性炭颗粒的量远大于Fe 3 O 4 NP的量。因此,Fe 3 O 4 NPs在活性炭上的负载能力相对较低。当Fe 3 O 4的质量含量时,这种情况得到改善其中活性炭颗粒分散在Fe 3 O 4 NPs 的附聚物中,其为53wt%然而,观察到一些活性炭颗粒未被附聚的Fe 3 O 4 NPs 很好地涂覆,如图4(c)所示然而,如图4(d)所示,随着Fe 3 O 4NPs 含量的进一步增加,负载能力显着增强,并且大多数活性炭颗粒被附聚的Fe 3 O 4 NPs 涂覆据我们所知,活性炭是介电损耗吸收剂,而微波吸收Fe3 O 4 NPs主要取决于磁损耗。众所周知,复合磁导率和介电常数的适度比率是决定吸收材料阻抗匹配的重要因素。因此,活性炭@Fe 3 O 4复合材料的改进的阻抗匹配在增加它们的微波吸收中起重要作用。此外,所制备的复合材料是顺磁性的,并且由于Fe 3 O 4 NPs在活性炭上的负载而可以被磁体吸引如图4(f)所示

图4 活性炭(a),27wt%Fe 3 O 4(b),53wt%Fe 3 O 4(c),74wt%Fe 3 O 4(d)和纯Fe 3 O 4的 SEM图像,(e)活性炭@ Fe 3 O 4复合物(f)的宏观形态

具有74wt%Fe 3 O 4 NP 的复合物的TEM图像和相应的元素分布示于图5中如图5(a)所示,所制备的Fe 3 O 4NPs均接近球形,粒径主要集中在约250nm。图5(b)中的HR-TEM图像可以清楚地观察到单个Fe 3 O 4纳米颗粒的良好晶粒取向,并且该区域中的SAED图案也显示出Fe 3 O 4的结晶特征。纳米粒子。此外,可以将间距为0.256nm的晶格条纹分配给Fe 3 O 4的(311)面,这与XRD结果一致。此外,活性炭@Fe 3 O 4复合材料中元素的分布由相应的元素映射图像确定,如图5(c-f)所示,其中可以清楚地观察到复合材料由Fe,O和C元素。C的分布区域明显大于Fe和O的相应区域,表明Fe 3 O 4NP分布在活性炭的表面上。因此,结合XRD,VSM和SEM结果,我们可以得出结论,Fe 3 O 4 NPs紧密粘附在活性炭的表面上。

图5: 活化碳@Fe 3 O 4复合物的TEM图像(a),HR-TEM图像(b)和相应的元素映射图像(c-f)

此外,研究了活性炭@Fe 3 O 4复合材料的电磁波吸收性能图6。显示复介电常数(ε = ε ' -  '')和导磁率(μ = μ - ' 活性炭'')@的Fe 3 ö 4复合材料,将其从计算出的小号 - 先前测量的参数。这些电磁参数对于确定微波吸收复合材料的介电和磁损耗非常重要,并且在吸收过程中电磁波的传输和反射也受它们的影响。28图6(a)和(b)中,可以观察到,所有样品的介电常数的实部与增加频率,和Fe的含量减少3周 ö 4的NP对真实一个显著效果所制备的复合材料的介电常数的一部分随着Fe 3 O 4的增加而增加NPs加载在活性炭上。相反,随着频率增加,虚部的值首先增加然后减小。可以注意到,当频率相对较低时,纯Fe 3 O 4 NP 的虚部较大,并且随着频率的增加其迅速减小。然而,这种情况可以通过添加活性炭来改善,尽管复合物的虚部的值在低频域中降低到一定程度。具有74wt%Fe 3 O 4的复合材料的虚部NP在样品中的整个测量范围内显示相对较高的值。通常,介电常数的虚部表示微波能量的介电耗散能力,29表明具有74wt%Fe 3 O 4的复合材料的耗散能力。NP在整个频率范围内可能更好。此外,我们可以发现复合材料的复介电常数表现出明显的频率依赖介电特性。通常,在千兆赫频率范围内,介电常数强烈依赖于固有的偶极极化和界面极化,并且当频率增加时,由该过程产生的位移电流总是滞后于积累电位。因此,介电常数的实部和虚部呈现频率相关特性。30此外,很显然,存在对介电常数的虚部时Fe的含量的提高有轻微效果3 ö 4的NP较低。因此,可以得出结论,Fe 3更少加载在活性炭上的4 NP可能对增强极化没有太大影响。另外,根据电阻率和介电常数的虚数部分之间的关系:31(3)其中,ρ是电阻率,ε 0的自由空间的介电常数,ω角频率。因此,在制备的样品中,具有74wt%Fe 3 O 4 NPs 的复合材料的电阻率在3GHz处最大,在0.5GHz处最小,并且通过控制可以在测量的频率范围内调节复合材料的电阻率。 Fe 3 O 4的含量图像文件:c8ra04141e-t3.tifNPs装载在活性炭上。

图6 复数介电常数的实部(a)和虚部(b)的频率依赖性,以及活性炭@ Fe 3 O 4复合材料的复磁导率的实部(c)和虚部(d)的厚度5毫米。

图6(c)和(d)显示了磁导率的实部和虚部作为频率的函数。观察到当Fe 3 O 4 NPs 的负载量时,渗透率的实部仅略微增加然而,随着Fe 3 O 4 NP 的进一步增加,它显着增强这是因为,磁导率的实数部分,以饱和磁化强度,是关系中号小号,如下所示:32μ'α4π中号小号(4)

此外,随着Fe 3 O 4 NPs 负载量的增加,复合材料s显着增加,导致渗透率的实部增大。此外,很明显,不同负载量的Fe 3 O 4 NPs 复合材料的渗透率的实部随着频率的增加而增加。此外,复合材料渗透率的虚部与渗透率的实部具有相同的变化趋势; 不同之处在于,当Fe 3 O 4 NPs 的负载量为74wt%时,可以观察到2.83GHz处的平滑峰值2.92 这表明过量加载Fe 34 NPs在高频域中不能进一步增强磁导率的虚部。这是由于虚部中的共振峰归因于加载在活性炭上的Fe 3 O 4 NP 的畴壁共振和自然共振33

此外,可以注意到活性炭@Fe 3 O 4复合物的复介电常数和磁导率显着低于Fe 3 O 4 NPs 的复介电常数和磁导率复合材料的介电常数和渗透性可以通过添加活性炭来调节,因为活性炭的复介电常数和磁导率远小于Fe 3 O 4NPs 的复介电常数和磁导率因此,活性炭@ Fe 3 O 4复合材料的介电常数和磁导率随着活性炭的添加而降低,这表明μ '/ ε通过控制活性炭的含量,可以在不同的频域调节活性炭@Fe 3 O 4复合材料的比例根据阻抗匹配理论,当入射微波的磁导率接近其介电常数时,可以更容易地接近待耗散的材料,这有利于提高复合材料的微波吸收性能。

图7(a)和(b)示出了作为频率函数的介电和磁损耗正切,其可以基于上面测量的电磁参数来计算。结果表明,纯Fe 3 O 4 NPs 的介电损耗角正切随着频率的增加先增大后减小,特别是在高频域,它迅速下降。相反,活性炭的介电损耗角正切随着频率的增加而不断增加,这表明活性炭具有优异的介电损耗性能。因此,Fe 3 O 4 NPs在活性炭上的负载利用了这种优势来改善纯Fe的介电损耗特性。高频域中的3 O 4个 NP。此外,可以注意到Fe 3 O 4NPs 的磁损耗正切略大于低频域中的活性炭的磁损耗正切尽管如此,随着频率的增加,它会急剧减少。具有74wt%Fe 3 O 4 NP 的复合材料的磁损耗正切在整个测量频率范围内相对较高,在1.8GHz下峰值为1.13。这主要是因为Fe的形态3周 ö 4制备的NP 经由水热合成方法是球状的。实际上,具有平面各向异性的片状颗粒具有比球形颗粒更高的磁损耗正切,因为它们具有更高的Snoek限制,34-36,这导致所制备的纯Fe 3 O 4 NPs 的磁损耗性质。不够大。然而,Fe 3 O 4 NPs在活性炭上的负载可以在一定程度上改变复合材料的磁损耗性能,并且随着Fe 3 O 4NPs负载量的增加,磁损耗正切略微增加

图7 厚度为5mm 的活性炭@Fe 3 O 4复合材料的介电损耗角正切(a)和磁损耗角正切(b)的频率依赖性

此外,可以注意到,当Fe 3 O 4 NPs在活性炭上的负载量在适当范围内时,复合材料的介电和磁损耗正切都可以达到更高的值这是因为随着通过Fe 3 O 4 NPs和活性炭之间的界面转移的电荷的增加,界面极化得到增强此外,还可以发现磁损耗正切仅略大于介电损耗角正切,这表明介电损耗和磁损耗都有助于所制备的复合材料中的微波吸收。

通常,微波反射损耗可用于表征材料的微波吸收特性。图8显示了具有不同吸收厚度的活性炭@Fe 3 O 4复合材料的微波反射损耗,其根据测量的电磁参数和传输线理论计算。如图8(a)所示,随着频率的增加,电磁波的反射损失增加。此外,RL曲线随着Fe 3 O 4的负载量的增加而增强纳米粒子。而且,当复合材料的厚度为2mm时,在测量范围内没有观察到电磁波吸收峰。此外,与纯Fe 3 O 4 NPs相比,值得注意的是,当Fe 3 O 4 NPs 的负载量为74 wt%时,复合材料的电磁波吸收能力更强,这表明微波吸收当添加合适含量的活性炭时,性能得到增强。这是因为纯Fe 3 O 4的电磁波吸收NPs主要是由于自然共振和畴壁共振,并且在合适的范围内添加活性炭可以引入活性炭的介电损耗并且还增强Fe 3 O 4 NPs 的界面与活性炭之间的界面极化在2 mm厚度下RL曲线低于-5 dB的吸收带宽为0 GHz,0 GHz,0.11 GHz(2.89-3 GHz),0.74 GHz(2.26-3 GHz)和0.53 GHz(2.47-3 GHz) ),其对应于活性炭,27%的Fe 3 ö 4,53%的Fe 3 ö 4,74%的Fe 3 ö 4和纯Fe 3 ö 4, 分别。然而,复合材料的带宽加起来为0.34 GHz(2.66-3 GHz),0.48 GHz(2.52-3 GHz),0.44 GHz(2.56-3 GHz),1.34 GHz(1.66-3 GHz)和1.1 GHz(1.9 -3 GHz)当样品的厚度为3 mm时。而且,特别地,开始出现74%Fe 3 O 4的单个吸收峰,因为具有增加的厚度的材料表现出更有效的微波吸收。

图8 不同厚度2 mm(a),3 mm(b),4 mm(c)和5 mm(d)的微波反射损耗曲线的频率依赖性。

厚度为4mm 的活性炭@Fe 3 O 4复合材料的微波反射损失如图8(c)所示,表明样品的最大RL峰出现在该测量范围内。然而,74wt%Fe 3 O 4复合物的吸收强度几乎与纯Fe 3 O 4的吸收强度相同,而RL峰值位置和前者的带宽都相对较低。因此,很明显,通过将Fe 3 O 4 NPs加载到具有合适含量的活性炭上,可以改善Fe 3 O 4 NPs在低频带中的电磁波吸收性能例如,当Fe 3 O 4 NPs 的含量为74wt%时,在2.14GHz处的最大反射损耗为-9.5dB,在0.84GHz(1.75-2.59GHz)的频率范围内具有-8dB带宽

所制备的活性炭@Fe 3 O 4复合材料在厚度为5 mm时对测量频率范围内的微波吸收有较大影响,其RL曲线如图8(d)所示可以观察到,在Fe 3 O 4 NPs的不同负载含量的所有样品中都出现了反射吸收峰,并且RL峰的位置也转移到较低的频率范围,特别是对于74wt%的Fe 3 O 4样品。 。这是由于四分之一波长共振效应,匹配模式可以表示如下:37(5)其中d图像文件:c8ra04141e-t4.tif是吸收体的厚度,Ç光在自由空间中的速度,ε - [R的复介电常数,和μ - [R的复磁导率。方程(5),我们可以很容易地发现共振频率强烈地依赖于吸收器的厚度。因此,随着吸收体的厚度增加,最大RL的位置和峰值都移动到较低的频率范围。此外,该结果还表明Fe 3 O 4的合适负载量活性炭上的NPs可以增强复合材料的电磁波吸收性能。此外,还可以调节吸收峰的位置,强度和吸收带宽。74wt %Fe 3 O 4样品的最大RL 在1.75GHz下为-10.08dB,在1.55GHz(1.07-2.62GHz)的扩展频率范围内具有-5dB带宽。这是因为Fe 3 O 4 NPs 的主要电磁波吸收机制是自然共振和畴壁共振,而活性炭的吸收取决于偶极极化,如上所述。因此,活性炭@ Fe 3 O 4的电磁波吸收机制复合材料将具有来自其不同组分的协同效应,其最终的电磁波吸收是介电和磁损耗的协同作用。38此外,两个部件的表面之间的界面极化也将有助于吸收。这是因为介电常数的实部和虚部将根据德拜理论满足如下等式:39ε' -ε2+(ε')2=(ε小号-ε2(6)其中ε 是无限频率下的介电常数,ε 静电介电常数。因此,方程(6)推导出ε ' - ε ''曲线将是半圆的形式,其被称为Cole-Cole半圆,并且由异质界面极化的一个Debye偶极弛豫引起。厚度为5 mm的复合材料ε ' - ε ''曲线显示在图9中,表明Fe 3 O 4 NPs 只有一个Cole-Cole半圆,如图9所示(a )这表明纯Fe存在单一的弛豫过程3 O 4NPs。然而,可以观察到活性炭@Fe 3 O 4复合材料的曲线具有更多的半圆,这表明活性炭的添加导致复合材料中的多个介电弛豫过程。这归因于在Fe 3 O 4 NP和活性炭之间的界面处产生的界面极化特别是74wt%的Fe 3 O 4复合材料呈现出五种不同的Cole-Cole半圆,这意味着在微波吸收过程中会产生五种介电弛豫过程,这对提高其电磁波吸收性能有重要贡献。40此外,该频率依赖Ž  / Ž 0活性炭@的值的Fe 3层 ö 4复合材料的厚度为5mm还计算,如图图10可以观察到74wt%Fe 3 O 4in / 0当频率约为1.89 GHz时,样本接近自由空间,而纯Fe 3 O 4 NP的样本几乎等于2.43 GHz。这表明74wt%Fe 3 O 4的阻抗匹配特性在低频带中更好,并且更多的微波将传输到吸收器中,这将导致在低频带中更好的微波吸收性能。

图9 纯Fe 3 O 4(a),27%Fe 3 O 4(b),53%Fe 3 O 4(c)和74%Fe 3 O 4(d) 的ε ' - ε '' 厚度为5毫米。 
图10 活性炭@ Fe 3 O 4复合材料的 频率相关in / 0值,厚度为5 mm。 

表1总结 了活性炭@ Fe 3 O 4复合材料的详细微波吸收性能和其他代表性复合材料的比较18-20,41,42表1所示碳材料通常与铁氧体复合以优化其微波吸收性能。因此,复合材料同时呈现介电损耗和磁损耗,这非常有利于它们的微波吸收性能。此外,这一发现表明,大多数基于碳材料和铁氧体的复合材料在2-18 GHz的频率范围内具有更强的微波吸收能力,其中当RL低于-10 dB时,可以消散90%以上的微波能量。此外,本研究中所制备的活性炭@Fe 3 O 4复合材料的吸收频率范围与其他研究中获得的吸收频率范围相比最低,并且随着其厚度增加,其吸收带进一步向较低频率移动。

表1在最近的文献中报道 的活性炭@Fe 3 O 4复合材料与其他代表性复合材料 之间的微波吸收性能的比较
材料 厚度 RL <-5 dB RL <-10 dB 最小RL 参考。
AC @ Fe 3 O 4(74%NPs) 2毫米 2.26-3 GHz - -8.99 dB 这项工作
AC @ Fe 3 O 4(74%NPs) 3毫米 1.66-3 GHz - -10.09 dB 这项工作
AC @ Fe 3 O 4(74%NPs) 4毫米 1.35-3 GHz - -9.51 dB 这项工作
AC @ Fe 3 O 4(74%NPs) 5毫米 1.07-2.62 GHz - -10.08 dB 这项工作
ZnO / Fe 3 O 4 / GO 2毫米 6.4-8 GHz - -7.2 dB 18
ZnFe 2 O 4 @ rGO @ TiO 2 2.5毫米 - 2.8-5.4 GHz -55.6 dB 19
MWCNTs / Fe 3 O 4 2毫米 - 10.9-12.4 GHz -18.22 dB 20
GO / CNT-Fe 3 O 4 5毫米 - 3.5-4.5 GHz -37.3 dB 41
PANI / Fe 3 O 4 / MWCNT 4毫米 - 8-15 GHz -16 dB 42

总之,通过控制活性炭上Fe 3 O 4 NPs 的负载量,可以获得在低频带具有优异吸收性能的活性炭@ Fe 3 O 4复合材料最重要的是,我们制备中使用的水热法相对简单,无需复杂的反应和处理。因此,本文报道的复合材料可用作0.5-3GHz的低频带中有希望的电磁波吸收材料。

4. 结论

总之,活性炭@的Fe 3层 ö 4复合材料,合成通过水热合成法,以及它们的电磁波吸收性能也进行了研究在0.5-3 GHz的低频带。介电和磁损均有助于活性炭@ Fe 3 O 4复合材料的电磁波吸收性能,Fe 3 O 4 NPs在活性炭上的负载量可以改变其电磁波吸收性能。当Fe 3的百分比时,在1.55 GHz(1.07-2.62 GHz)的宽频率范围内,在1.75 GHz时的最大RL为-10.08 dB,带宽为-5 dB4 NP和复合材料的厚度分别为74wt%和5mm。本研究提出了一种制备低频带性能良好的电磁波吸收复合材料的简便方法,并提出活性炭@Fe 3 O 4复合材料是0.5-3 GHz低频段电磁波吸收的有希望的候选者。


(责任编辑:活性炭网)
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