通过在氩气中碳化含有乙酰丙酮金属盐的电纺聚丙烯腈纳米纤维合成了镶嵌(Fe1-xCox)0.8Ni0.2(x=0.25,0.50,0.75)合金纳米粒子的碳纳米纤维,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)和矢量网络分析仪(VNA)等对其物相、形貌、微观结构、静磁及电磁特性进行表征和分析,并根据传输线理论模拟计算了2~18 GHz频率范围内的微波吸收性能。结果表明:所制备的复合纳米纤维具有典型的铁磁特征,由无定形碳、石墨和面心立方结构Fe-Co-Ni合金三相组成,原位形成的合金纳米粒子沿纤维轴向均匀分布,且被有序石墨层所包覆。磁损耗和介电损耗间的协同作用及特殊的核/壳微观结构使仅含5%(w/w)的(Fe1-xCox)0.8Ni0.2/C复合纳米纤维的硅胶基吸波涂层表现出优异的微波吸收性能。当涂层厚度为1.1~5.0 mm时,x=0.25、0.50和0.75的样品最小反射损耗分别达到-78.5、-80.2和-63.4 d B,反射损耗在-20 d B以下的吸收带宽分别为14.9、14.8和14.5 GHz,几乎覆盖整个S波段至Ku波段。通过调节合金的组成可对材料的电磁特性及微波吸收性能进行一定程度的控制。
采用静电纺丝法结合热处理制备了一种可应用于2~18 GHz频段的高性能轻质微波吸收剂C/Co纳米纤维,详细研究了金属Co含量对纳米纤维的电磁特性及微波吸收性能的影响。相对于纯碳纳米纤维,C/Co纳米纤维的微波吸收性能得到显著加强,其主要吸波机制仍是介电损耗。随着Co含量的增加,C/Co纳米纤维的电磁衰减能力逐渐下降,而微波吸收却先增强后减弱,含37.8wt%Co的C/Co-5纳米纤维因金属Co粒子和纳米碳纤维的良好结合与协同效应,以及纤维中特殊的Co粒子@石墨核壳结构所带来的良好阻抗匹配与足够高的电磁衰减能力而表现出最好的吸波性能。模拟计算结果表明,涂层厚度在1.1~5.0 mm间变化时,填充5wt%C/Co-5纳米纤维的硅胶吸波涂层的反射损耗(RL)值超过–20 d B的频率范围在3.2~18 GHz,最小RL值达到–78.8 d B,其中当涂层厚度仅为1.5 mm时,RL值低于–20 d B的吸收带宽可达6.0 GHz(12~18 GHz)。C/Co纳米纤维优异的微波吸收性能表明,这些磁性碳杂化纳米纤维有望成为一种极具应用前景的新型吸波材料。
