近些年来,电子科技的不断进步给人们的生活带来便利的同时,也带来了日益严重的电磁干扰和电磁污染问题,严重威胁着人们的生存健康。在军事领域,随着各种探测技术的发展,对武器装备的“隐身”能力提出了新的挑战。电磁波吸收材料因其能够将入射电磁波的能量转化为热能损耗掉而成为当前研究的热点。铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)等磁性纳米材料具有饱和磁化强度高、磁损耗能力强、成本低廉等优点而被视作良好的吸波材料,但同时它们也存在着密度大、阻抗匹配水平低、易氧化、吸收频带窄、还原困难等众多不足,难以满足理想吸波材料“吸波厚度薄、轻质、有效吸收频段宽、吸收强度强”的要求。近些年来,碳材料作为轻质吸波材料而受到研究者们的广泛关注,然而单一碳材料没有磁性,阻抗匹配水平较差,限制了其进一步拓展应用。为了克服以上不足,进一步优化磁性纳米材料和碳材料的电磁波吸收性能,本研究采用简易、低廉的合成工艺,通过结构调控、成分复合、构建纳米层级材料等策略实现多种损耗机制的协同作用,提升复合材料阻抗匹配水平,削弱涡流效应影响,最终达到“薄”“轻”“宽”“强”的吸波效果。本论文的主要研究内容如下:(1)材料的微观结构对其吸波性能有重要影响。中空结构由于引入大量空气,具有轻质、阻抗匹配效果优良的优点。本文采用溶剂热与后期煅烧相结合的方法,合成出具有多孔空心结构的Fe304纳米球,随后将此Fe3@4空心球置入氢气气氛下还原,得到多孔Fe空心球。以多孔Fe3O4空心球和Fe空心球为研究对象,探究其在2-18 GHz范围内的电磁波吸收性能。测试结果表明相比于多孔Fe3@4空心球及已报道Fe基吸波材料,多孔Fe空心球表现出更加优异的电磁波吸收性能。在15.2 GHz和1.69 mm厚度下,达到最佳反射损耗值为-47.1 dB,有效吸收带宽(RL<-10 dB)达到4.8 GHz(13.2-18.0 GHz),几乎覆盖整个Ku波段。以上结果说明,通过设计具有空心结构的强磁性纳米材料,能够极大改善其电磁波吸收性能。(2)碳纳米管(CNTs)作为一种新型材料,具有密度低、导电性能好、比表面积大等众多优点,然而单一 CNTs作为一种非磁性材料,阻抗匹配效果差,为了改善其吸波性能,本文采用溶剂热与碳还原相结合的工艺成功制备出Co颗粒修饰CNTs(Co/CNTs)的复合材料,并比较了单一 CNTs和Co/CNTs复合材料的电磁波吸收性能。相比于单一 CNTs,Co/CNTs复合材料能够发挥Co颗粒和CNTs的协同作用,提升阻抗匹配,表现出显著提升的电磁波吸收性能。此外,Co/CNTs的填充比例仅为20 wt%,体现出轻质的优点。以上实验结果说明设计磁性金属颗粒和CNTs的复合材料能够达到轻质和高效兼备的吸收效果。(3)采用溶剂热与碳还原相结合的方法制备出具有三维多孔花状结构的Co/C复合材料。SEM和TEM测试表明Co/C复合材料整体形貌呈现出三维多孔海棠花状,成分组成为具有核壳结构Co@C颗粒与二维碳片的复合。室温下的磁滞回线表明三维多孔Co/C海棠花具有优异的磁性能,饱和磁化强度达到149.6 emu g-1。电磁波吸收性能显示,在50 wt%的填充比例下,三维多孔Co/C海棠花在9.3 GHz和1.92 mm厚度下达到最大反射损耗为-56.9 dB。当吸收厚度降至1.4 mm时,有效吸收带宽高达5.9 GHz。当填充比例为30 wt%时,三维多孔Co/C海棠花在2.0 mm厚度下可达到5.8 GHz的吸收带宽。相比于已报道的Co及其碳复合吸波材料,本工作合成的三维多孔Co/C海棠花表现出更优异的吸波性能。本论文从不同成分的协同效应、微观结构等方面对其吸收机理进行了详细的探讨。(4)金属骨架衍生物(MOFs)材料由有机配体和金属离子组成,以其为模板,可以得到金属或氧化物与多孔碳的复合材料。本论文利用温和的水热法制备出Fe-MOFs(Fe-MIL88A)为前驱体,然后在500-800℃温度范围内煅烧得到铁磁性颗粒(Fe304、Fe3C、Fe)内嵌在多孔碳的棒状复合材料。XRD、拉曼测试结果表明煅烧温度对复合材料的成分和石墨化程度有重大影响,进而影响其电磁参数,从而可以得到可调节的电磁波吸收性能。当煅烧温度为600℃时,磁性多孔碳纳米棒得到最佳的电磁波吸收性能。在4.64 GHz达到最大反射损耗为-52.9 dB,吸收厚度为3.07 mm。当吸收厚度为3.5 mm时,有效吸收带宽为7.92-12.48 GHz,几乎覆盖整个X雷达波段。此外,本论文以MOFs材料为模板制备磁性颗粒和多孔碳复合材料的合成手段具有简便、高效的优点,为新型电磁波吸收材料的设计提供了新思路。