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1、Vol.35摇摇摇摇摇摇高等学校化学学报摇摇摇摇摇No.72014年7月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES摇1379~1387摇摇doi:10.7503/cjcu20131212Fe鄄Ni/C复合纳米纤维的原位制备与微波吸收性能向摇军1,张雄辉1,叶摇芹1,李佳乐1,沈湘黔2(1.江苏科技大学数理学院,镇江212003;2.江苏大学新材料研究院,镇江212013)摘要摇采用静电纺丝技术结合稳定化和碳化处理原位制备了Fe鄄Ni/C复合纳米纤维,其平均直径约为215nm,所
2、生成的Fe鄄Ni合金纳米颗粒较均匀地分布在碳基纳米纤维的内部和表面,且被石墨化碳层所包覆.以Fe鄄Ni/C复合纳米纤维为吸收剂、硅橡胶为基质制备成吸波涂层,研究了碳化温度对电磁特性和微波吸收性能的影响.结果表明,涂层厚度为1郾2~2郾0mm、Fe鄄Ni/C复合纳米纤维质量分数为5%的吸波涂层表现出优良的微波吸收性能,在7郾4~18GHz频率范围内的反射损耗均低于-20dB;随着复合纳米纤维的碳化温度由800益升高到1200益,由于阻抗匹配特性的改善,吸波涂层的微波吸收能力逐步加强,其最小反射损耗由-22郾6
3、dB降低到-63郾0dB.关键词摇磁性碳纳米复合纤维;Fe鄄Ni合金纳米颗粒;微波吸收;阻抗匹配;反射损耗;静电纺丝中图分类号摇O611摇摇摇摇文献标志码摇A摇摇摇摇近年来,随着使用G赫兹频率电磁波的电子和通讯设备的飞速发展和广泛应用,由此带来的电磁干扰和电磁辐射污染也越发严重,同时现代武器装备对电磁隐身的需求也日益提升.为了消除或减少电磁干扰和电磁污染,以及降低武器装备的雷达特征信号以实现其电磁隐身,新型高性能电磁波吸收材料的研制已成为当今民用和军事领域的一个前沿性课题[1~6].吸波材料对电磁波的吸收主
4、要依赖于填充其中的电磁波吸收剂,但从目前的研究结果来看,使用单一的介电损耗或磁损耗吸收剂由于电磁阻抗匹配性相对较差,难以全面满足现代科学技术发展对吸波材料性能所提出的“薄、轻、宽、强冶的要求[2].将多种吸收剂进行复合制备纳米复合吸波材料成为近年来电磁波吸收材料领域的一个研究热点[1~11].利用复合材料的协同效应和电磁参数可调的优点,将不同吸收频段和损耗机制的吸收剂进行多元复合,通过调节复合吸波材料的物相组成、微观结构以及电磁参数以尽量实现其阻抗匹配,可达到低密度、强吸收和宽频带的效果.较高的介电损耗和磁
5、损耗,以及电磁参数(复介电常数和复磁导率)的匹配是电磁波吸收材料拥有优异吸波性能的关键.碳纤维作为一种重要的结构吸波材料,凭借其低密度、高强度、高导电性和耐腐蚀等优点而受到青睐.然而碳纤维作为典型的介电损耗材料,其阻抗匹配性较差(介电常数高、磁导率很小),电磁波在界面处反射较强,难以进入到吸波体内部,导致其对电磁波的吸收能力相当有限[2].如Li等[12]在研究碳纤维吸波性能时发现其最小反射率仅为-12dB,低于-10dB的有效吸收带宽仅达到1GHz.近些年来,人们为了提高碳纤维的吸波性能,通常在其表面包覆
6、一层磁性金属(合金)或氧化物涂层来对碳纤维进行磁改性,以改善其电磁匹配特性.如Wang等[13]使用电镀法制备出Fe鄄Co合金包覆的碳纤维;Yang等[14]通过电化学方法合成了Fe包覆的碳纤维;傅成武等[15]和Qiang等[16]分别采用化学镀方法制备了Fe鄄Ni合金和Fe3O4纳米颗粒包覆的碳纤维.所获得的这些磁性碳纤维基复合物均表现出了较好的微波吸收性能,明显优于纯的碳纤维.虽然通过使用磁性材料对碳纤维表面进行修饰能大幅提高其吸波性能,但目前所使用的这些方法制备工艺均较复杂,成本较高,同时收稿日期:
7、2013鄄12鄄12.基金项目:中国博士后科学基金(批准号:2013M540418)、江苏省高校自然科学基金(批准号:11KJB430006)、江苏省博士后科研资助计划(批准号:1301055B)和江苏省青蓝工程资助.联系人简介:向摇军,男,博士,副教授,主要从事电、磁功能材料研究.E鄄mail:jxiang@just.edu.cn1380高等学校化学学报摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇Vol.35摇还伴有环境污染等问题;而更重要的是碳纤维表面所包覆的磁性金属或合金涂层由于直接与外界环境相接触,容易被氧化或
8、腐蚀,这将导致此类磁性碳纤维复合材料性能的劣化,影响其在一些复杂环境下的长期稳定使用.静电纺丝被认为是目前制备连续纳米纤维的一种最简单高效的方法[17].最近人们采用该技术制备了一些磁性碳基复合纳米纤维(如Fe3O4/C[18,19],CoFe2O4/C[20],Co/C[21],Ni/C[22]等),并对它们的电学、磁学或电化学性能进行了研究,而有关此类材料的吸波性能则少有报道[19].Fe鄄Ni合金是一种重要
