【摘 要】
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钴铁氧体（CoFe2O4）具有中等的饱和磁化强度、高各向异性同时化学性质稳定,在吸波领域备受关注。但单一的钴铁氧体（CoFe2O4）作为吸波材料,由于其损耗机理单一和阻抗匹配较差导致吸波性能不理想。而碳纳米纤维（CNFs）具有高导电率、介电性能优异。在CoFe2O4中引入CNFs进行复合,可兼具介电损耗与磁损耗。通过改变CNFs含量,调节二相体系的介电常数、优化阻抗匹配、提高吸波性能;进一步在Co
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钴铁氧体（CoFe2O4）具有中等的饱和磁化强度、高各向异性同时化学性质稳定,在吸波领域备受关注。但单一的钴铁氧体（CoFe2O4）作为吸波材料,由于其损耗机理单一和阻抗匹配较差导致吸波性能不理想。而碳纳米纤维（CNFs）具有高导电率、介电性能优异。在CoFe2O4中引入CNFs进行复合,可兼具介电损耗与磁损耗。通过改变CNFs含量,调节二相体系的介电常数、优化阻抗匹配、提高吸波性能;进一步在CoFe2O4/CNFs复合材料基础上,通过引入Ni2+掺杂钴铁氧体调整吸波体的磁性能,拓展电磁波吸收频宽;最后制备了具有硬-软交换耦合效应的CoFe2O4@Ni Fe2O4/CNFs三相复合材料,优化CoFe2O4和Ni Fe2O4的质量比获得最佳耦合效应,实现了对电磁特性的调控,吸收强度更高、频带更宽。首先,将CNFs进行混合酸化,然后通过溶剂热法制备CoFe2O4/CNFs吸波体。红外、XRD及SEM测试表明,CoFe2O4/CNFs被成功合成且CoFe2O4颗粒表现为单分散分布的球状并与CNFs紧密相连;拉曼分析表明,随着复合体系中CNFs含量减少,ID/IG比值从1.04减小到0.94,复合材料由无定形碳向石墨化转变,高度石墨化的碳层有利于调整CNFs的电导损耗;电磁参数测试表明,引入CNFs可以调整复合材料的介电常数,提高介电损耗,使得到的（2:1）CoFe2O4/CNFs复合材料在高频范围内具有较好的阻抗匹配与衰减特性,这归因于高导电的CNFs与钴铁磁性微球紧密结合,形成导电网络;当匹配厚度为1.5mm时,（2:1）CoFe2O4/CNFs试样在15.45 GHz处最强反射损耗达到-39.17 d B,电磁波有效吸收带宽为3.32 GHz。然而,由于仅改变CNFs含量得到的复合材料并阻抗匹配特性较差,其有效吸收带宽较窄。进一步,通过引入过渡金属离子采用溶剂热法合成NixCo1-xFe2O4/CNFs复合材料,经XRD、SEM测试表明,NixCo1-xFe2O4/CNFs被成功合成,且镍钴铁微球半径随Ni2+掺杂量增加而减小,而更小的微球尺寸有利于与CNFs的搭接形成完整的导电网络;通过VSM测试分析,当Ni2+含量增加,饱和磁化强度增大而矫顽力则逐渐降低,表明Ni2+掺杂可以调节材料的磁性能;电磁参数分析表明,Ni2+掺杂量调节材料的介电常数与磁导率效果显著,50%Ni2+掺杂量的吸波体(N0.5-NCFO/C)在高频14.68 GHz处具有阻抗模量接近1的最佳阻抗匹配,在1-15.3GHz频率范围内具有最大的衰减损耗;当厚度为1.5 mm时,N0.5-NCFO/C试样在14.68 GHz处最强反射损耗达到-42.24 d B,有效吸波频宽为4 GHz。因此,引入Ni2+掺杂改善了阻抗匹配与衰减特性,进而拓宽了吸波频宽。最后,利用两步溶剂热法制得CoFe2O4@Ni Fe2O4/CNFs三相复合材料。综合XRD、SEM与TEM分析表明,CoFe2O4@Ni Fe2O4微球具有核-壳结构包覆在CNFs上,形成多重界面及多相结构有利于界面极化;通过VSM分析表明,引入双磁性材料,CoFe2O4与Ni Fe2O4之间存在硬-软交换耦合效应,其饱和磁化强度与矫顽力均增大,进一步提高了材料的磁性能;电磁参数分析表明,改变CoFe2O4与Ni Fe2O4的质量比,可获得具有最佳耦合效果的磁组分比,实现电磁特性的有效调节,得到CFO@NFO/C1试样具有最接近1的阻抗匹配与最大的衰减常数,且所处的频率范围与最强反射损耗一致;当CoFe2O4与Ni Fe2O4质量比为3:1时,CFO@NFO/C1在6.61 GHz处最强反射损耗达到-50.51 GHz,匹配厚度为3.2 mm;厚度从1.5 mm增加到5.5 mm时,获得有效吸收频宽高达14.79 GHz（3.21-18GHz）,覆盖了整个C、X、Ku频段,可作为具有低频、强吸收和宽频特点的吸波材料。
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