关键词：
吸波材料
双过渡金属化合物
碳基材料
阻抗匹配
摘要：
科技发展推动信息产业蓬勃兴起,电子设备的普及在促进社会进步的同时也带来了日益严峻的电磁污染问题。这种“看不见的污染”不仅干扰精密仪器运作,更威胁人体健康与信息安全。研发“薄、轻、宽、强”的新型吸波材料已成为材料领域的研究热点。碳材料因其优异的导电性在电磁防护领域展现出良好的应用潜力,然而高导电率容易导致阻抗失配,限制了其实际应用效果。为解决这一问题,研究者提出通过构建多组分复合体系来改善材料性能。将过渡金属化合物与碳材料复合不仅可以增强界面极化效应,还能通过组分间的协同作用优化阻抗匹配,进而显著提高吸波性能。目前,关于过渡金属化合物/碳基复合材料的研究多集中于单一过渡金属体系,而对双过渡金属化合物与碳材料复合体系的探索相对不足。基于此,本论文以双过渡金属化合物/碳纳米复合材料为研究对象,通过材料组分设计和制备工艺优化,成功开发出多种具有优异电磁波吸收性能的轻质复合材料。研究工作主要包含以下三个部分:
（1）基于杂多酸和有机配体的静电自组装机理,将导电相吡咯中引入不同杂多酸后得到的静电结构碳化,制备出Mo2C/NPC、WO2/NPC、Mo2C/W2C/NPC三种纳米复合材料。一方面,制备的双过渡金属化合物/碳纳米复合材料通过协同效应优化了阻抗匹配,另一方面,丰富的非均匀界面的形成以及N、P杂原子的掺杂诱导界面极化和偶极极化的产生,为合成具有增强电磁波吸收性能的复合材料提供了机会。最好的合成样品Mo2C/W2C/NPC在匹配的厚度为2.5 mm时,表现出卓越的电磁波吸收性能,其有效带宽为5.7 GHz,最小反射损耗值为-54.5 dB。此外,通过调整匹配厚度在1.7-3.5 mm的范围内,Mo2C/W2C/NPC-35 wt%的总有效吸收带宽可达10.5 GHz（7.3-17.8 GHz）。
（2）采用一锅热解法,以双氰胺为碳源、过渡金属盐为催化前驱体,在热解过程中利用Ni的催化作用原位生长碳纳米管。通过精确调控杂多酸与金属盐的比例,成功合成过渡金属化合物量子点修饰的镍纳米颗粒原位封装的碳纳米管复合材料W（Mo）N/W（Mo）2C/Ni-CNT（简称CS3）。得益于材料的多晶多相结构以及丰富的官能团和表面缺陷,该复合材料表现出更强的界面极化和偶极极化,与此同时,互连碳纳米管网络提供较强的导通损耗,而Ni纳米颗粒不仅贡献了磁损耗,还会产生协同效应从而有效调节了阻抗匹配,实验结果表明,产物CS3在负载量为8 wt%,厚度为3.1 mm时,表现出强反射损耗-57.2 dB,并在2.8 mm厚度下实现了7.9 GHz（9.3-17.2 GHz）的宽有效吸收带宽。此外,通过调整匹配厚度在1.9-4.9 mm范围内,CS3-8 wt%的整体有效频带宽可达12.4 GHz（5.6-18 GHz）。
（3）以双氰胺为碳源,通过Ni/Co双金属催化体系调控热解温度（700℃、800℃和900℃）,成功制备了磁性纳米颗粒Co和Ni封装的W（Mo）N/CoNi-CNT多组分复合材料。特别是,900℃热解产物（CN900）表现出优异的电磁波吸收性能,其性能优势源于多晶多相界面与表面缺陷诱导的阻抗匹配优化及多重损耗机制,介电损耗主要归因于异质界面极化、氮掺杂碳纳米管中的极性基团及缺陷偶极子极化;而磁损耗则来自Co、Ni纳米粒子的自然共振与涡流效应。具体来讲,CN900在负载量为15 wt%、匹配厚度为2.7 mm时,最小反射损耗值达-56 dB,并在1.8 mm的厚度下时实现了4.7 GHz（13.3-18 GHz）的有效频带宽,此外,整体有效频带宽在1.6-4 mm范围内可达到12.8 GHz（5.2-18 GHz）。
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