通過水熱法合成了在低頻范圍內(nèi)具有良好電磁波吸收性能的活性炭復(fù)合材料。通過XRD，VSM，SEM和TEM分別對(duì)制備的活性炭復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)，微觀結(jié)構(gòu)，磁化性能，頻率依賴性電磁性能和微波吸收性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，復(fù)合材料的電磁波吸收性能可通過添加活性炭來調(diào)節(jié)。

　　如今，隨著現(xiàn)代雷達(dá)和電子設(shè)備的快速發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注GHz范圍內(nèi)的電磁波吸收材料。但是，特別是今天使用的雷達(dá)的探測(cè)頻段位于S波段的低頻范圍內(nèi)，許多天基雷達(dá)的工作頻率范圍迄今已擴(kuò)展到1.2 GHz。此外，日常生活中使用的電子設(shè)備的輻射頻率范圍集中在低頻帶。然而，現(xiàn)有的對(duì)電磁波吸收材料的研究主要集中在2-18GHz范圍，并且這些材料的微波吸收在低頻電磁波區(qū)域中非常差，特別是在1-2GHz的范圍內(nèi)。這對(duì)于在低頻帶中具有良好吸收能力的材料的設(shè)計(jì)和開發(fā)提出了重大挑戰(zhàn)。

　　在以前的研究中，已經(jīng)廣泛研究了各種類型的碳材料，例如碳質(zhì)三元復(fù)合材料，石墨烯(氧化石墨烯)和碳纖維，而活性炭的微波吸收性能很少有人研究過。我們發(fā)現(xiàn)活性炭由于其結(jié)構(gòu)松散，在許多領(lǐng)域也是一種有利的載體。此外，作為一種磁性鐵氧體，F(xiàn)e 3 O 4由于其高磁損耗和居里溫度而被廣泛用于吸收電磁波。然而，磁導(dǎo)率的虛部是在純Fe 3 O 4比介電常數(shù)大得多的顆粒，這導(dǎo)致相對(duì)較差阻抗匹配。因此，活性炭結(jié)合Fe 3 O 4的顆粒可能是改善其電磁波吸收性能的有希望的途徑。

　　因此，由于其材料優(yōu)異的介電性能，在本研究中使用活性炭作為介電吸收劑載體與Fe 3 O 4納米顆粒的復(fù)合。由于其高效和方便，通過水熱法合成了所制備的活性炭復(fù)合材料，下面我們來介紹活性炭的制造方法。

　　活性炭與Fe 3 O 4復(fù)合材料的合成

　　我們通過水熱合成法制備在活性炭上涂覆Fe 3 O 4納米顆粒。使用氯化鐵六水合物加入到乙二醇中以形成澄清溶液。然后，在連續(xù)攪拌和超聲分散30分鐘的同時(shí)，將三水合乙酸鈉和不同量的活性炭連續(xù)加入上述溶液中。隨后，將所得混合溶液直接密封在特氟隆襯里的不銹鋼高壓釜中，并將溫度保持在200℃下12小時(shí)。將高壓釜冷卻至室溫后，使用磁鐵將沉淀物與溶液分離。然后，將所制備的黑色產(chǎn)物依次用蒸餾水和乙醇洗滌三次，并在50℃下干燥6小時(shí)獲得活性炭復(fù)合材料。所有化學(xué)品均為分析純，無需進(jìn)一步純化即可使用，獲得了實(shí)驗(yàn)材料那下面我們開始實(shí)驗(yàn)吧。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　使用XRD衍射儀測(cè)量活性炭復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。圖1顯示了所制備樣品的衍射圖案。在2的特征衍射峰θ= 31.24°，36.82°，44.76°，55.62°，59.30°和65.19°的與(220)，(311)，(400)，(422)，(511)和(440)Fe 3 O 4平面一致。此外，在約2峰值θ=26.20°被分配給蓬松結(jié)構(gòu)化活性炭。觀察到Fe 3 O 4衍射峰的強(qiáng)度隨著Fe 3 O 4納米顆粒負(fù)載量的增加而增強(qiáng)，并且活性炭的強(qiáng)度在相同的過程中減少。上述現(xiàn)象表明Fe 3 O 4納米顆粒可以成功地引入蓬松結(jié)構(gòu)的活性炭上。

　　圖1：活性炭吸收復(fù)合材料的X射線衍射圖。

　　圖2顯示了活性炭，納米離子和活性炭的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，活性炭的尺寸遠(yuǎn)大于通過水熱合成法制備納米顆粒的尺寸，活性炭的表面相對(duì)不規(guī)則。細(xì)納米顆粒呈現(xiàn)球狀結(jié)構(gòu)，并且它們中的許多通過彼此凝聚而形成多孔結(jié)構(gòu)。

　　圖2：活性炭，活性炭復(fù)合材料，F(xiàn)e 3 O 4納米顆粒的SEM圖像與宏觀圖。

　　活性炭復(fù)合物的TEM圖像和相應(yīng)的元素分布示于圖5中。如圖，所制備的活性炭均接近球形，粒徑主要集中在約250nm。從圖3(b)中的HR-TEM圖像可以清楚地觀察到單個(gè)Fe 3 O 4納米顆粒的良好晶粒取向，并且該區(qū)域中的SAED圖案也顯示出Fe 3 O 4的結(jié)晶特征。如圖3(c-f)所示，其中可以清楚地觀察到復(fù)合材料由Fe，O和C元素。C的分布區(qū)域明顯大于Fe和O的相應(yīng)區(qū)域，表明鐵納米顆粒分布在活性炭的表面上。因此，結(jié)合XRD，VSM和SEM結(jié)果，我們可以得出結(jié)論，F(xiàn)e 3 O 4 納米顆粒緊密粘附在活性炭的表面上。

　　圖3：活性炭復(fù)合物的TEM圖像(a)，HR-TEM圖像(b)和相應(yīng)的元素映射圖像(c-f)。

　　此外，研究了活性炭復(fù)合材料的電磁波吸收性能。圖4顯示復(fù)介電常數(shù)和導(dǎo)磁率，這些電磁參數(shù)對(duì)于確定微波吸收復(fù)合材料的介電和磁損耗非常重要，并且在吸收過程中電磁波的傳輸和反射也受它們的影響。從圖6(a)和(b)中，可以觀察到，所有樣品的介電常數(shù)的實(shí)部與增加頻率。圖6(c)和(d)顯示了磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部作為頻率的函數(shù)。觀察到當(dāng)活性炭的負(fù)載量低時(shí)，滲透率的實(shí)部?jī)H略微增加。

　　圖4：活性炭復(fù)合材料的復(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部。

　　最后總結(jié)，通過水熱合成法合成活性炭與Fe 3 O 4的復(fù)合材料，以及對(duì)活性炭材料在0.5-3 GHz的低頻帶的電磁波吸收性能也進(jìn)行了研究。介電和磁損均有助于活性炭的電磁波吸收性能，F(xiàn)e 3 O 4納米顆粒在活性炭上的負(fù)載量可以改變其電磁波吸收性能。本研究提出了一種制備低頻帶性能良好的電磁波吸收復(fù)合材料的簡(jiǎn)便方法，并提出活性炭復(fù)合材料是0.5-3 GHz低頻段電磁波吸收的有希望的候選材料。

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