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吸波材料在民用及军用领域有着广泛应用,现已成为各国民用防电磁辐射和军事隐身装备等技术领域研究的热点。众多吸波材料中,磁性金属合金及铁氧体粉体吸收剂由于具有较强的吸波性能而成为主要吸波成分,但两者共同的缺点是密度较高,不利于获得轻质的吸波材料;此外,导电高聚物因具有密度低、结构多样化、特定导电性及环境稳定性好等优点也作为吸波材料得到了广泛研究,但单一组分的导电高聚物存在导电性能不理想、吸收频带窄等缺陷。因此制备质量轻、吸收强、频带宽的吸波材料就成为目前材料工作者的研究重点。粉煤灰漂珠具有密度低及中空球形结构等特点,可作为吸波材料的基材。鉴于此,本文以粉煤灰漂珠为基核,利用化学镀和溶胶凝胶自蔓延燃烧技术分别在其上镀覆Ni-Co(Fe)-P金属合金及钡铁氧体磁性物质、利用溶胶凝胶自蔓延燃烧与原位掺杂聚合相结合的方式在漂珠表面镀覆钡铁氧体和聚苯胺制备出具有“核-壳”结构和“核-壳-壳”结构的轻质复合吸波剂,对其微观形貌、组分、相结构、磁性能及微波吸收性能进行了系统研究,分析了复合材料具有优异吸波性能的机理。采用酸洗、偶联和活化工序对漂珠进行预处理,以浓度为10 mL/L的硝酸为酸洗液,以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550,APS)为偶联剂改善漂珠与镀覆层之间的结合力,以硝酸银为活化剂、酒石酸钾钠为还原剂使漂珠表面产生的单质银作为后续镀覆反应的催化活性中心。采用化学镀技术在漂珠表面镀覆Ni-Co-P和Ni-Fe-P磁性金属合金层,制备了轻质且具有“核-壳”结构的漂珠/Ni-Co(Fe)-P吸波材料,研究了制备工艺、组分变化对相结构、磁性能及微波吸收性能的影响。结果表明:制备漂珠/Ni-Co-P吸波材料较优的工艺参数为n(Ni2+):n(Co2+)= 1:1,NaH2PO2·H2O浓度为0.20mol/L,pH = 9.0,温度为85℃;得到漂珠/Ni-Co-P材料的密度为1.44g/cm3左右,而漂珠/Ni-Fe-P材料的密度则在1.38g/cm3左右。漂珠/Ni-Co(Fe)-P复合材料中镍、钴(铁)及磷组分变化和热处理温度对镀层结构、磁性能及吸波性能影响较明显:Ni2+:Co2+(Fe2+)摩尔比≤1时镀态镀层为非晶态Ni-Co(Fe)-P合金,热处理有助于改善材料的晶化行为。漂珠/Ni-Co-P材料的饱和磁化强度和剩余磁化强度随Ni2+:Co2+摩尔比的增加逐渐降低,矫顽力呈增加趋势;漂珠/Ni-Fe-P材料的饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力均随Ni2+:Fe2+摩尔比的增加而降低;热处理有助于改善其磁性能。此外,漂珠/Ni-Co-P材料的吸波性能随镀层中镍含量的增加而增强,最小反射损耗为-20.64 dB,小于-10 dB的频宽为3.06 GHz,匹配厚度为1.5mm;漂珠/Ni-Fe-P材料的最小反射损耗为-31.28 dB,小于-20 dB的频宽为1.9GHz,匹配厚度为1.5mm;热处理使漂珠/Ni-Co(Fe)-P复合材料的吸波性能得到明显改善。采用溶胶凝胶自蔓延燃烧技术在漂珠表面包覆钡铁氧体磁性颗粒,制备了轻质且具有“核-壳”结构的漂珠/钡铁氧体吸波材料,研究了不同钡铁氧体与漂珠质量比时复合材料的结构组成、磁性能及微波吸收性能。结果表明:钡铁氧体包覆层厚度为5～15 nm,颗粒尺寸为30～60 nm,属于单畴颗粒;钡铁氧体与漂珠质量比为4:6时复合材料的密度为3.11 g/cm3。复合材料由六角晶钡铁氧体、α-氧化铁及少量莫来石和石英组成;其磁性能随钡铁氧体与漂珠质量比的增加而增强,饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力的最大值分别为43.6 emu/g、30.5 emu/g和5239 Oe。复合材料对电磁波的吸收性能随钡铁氧体与漂珠质量比的增加而增强:当钡铁氧体与漂珠质量比由2:8增至4:6时,其最小反射损耗由-24.6 dB降为-29.2 dB,-10 dB吸收带宽由2.7 GHz增至4.5 GHz。漂珠与钡铁氧体在电磁特性上的互补、复合材料的“核-壳”结构及漂珠的中空结构和漂珠与钡铁氧体之间的界面效应均对材料的吸波性能有突出贡献。为进一步提高材料的吸波性能,以漂珠/钡铁氧体为核,采用原位掺杂聚合技术在其上包覆导电聚合物聚苯胺,制备了轻质且具有“核-壳-壳”结构的漂珠/钡铁氧体/聚苯胺复合材料,研究了不同质量聚苯胺对其结构、磁性能及微波吸收性能的影响。结果表明:复合材料中聚苯胺的衍射峰强度随其含量的增加而增强,钡铁氧体晶面的衍射峰强度则逐渐降低。其磁性能随聚苯胺含量的增加逐渐降低,饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力最大值分别为16.0 emu/g、10.5 emu/g和4726 Oe。材料的吸波性能随聚苯胺含量的增加而增强,匹配厚度逐渐减小。当聚苯胺含量分别为5%和10%时所得样品的吸波性能更佳,最小反射损耗分别为-37.55 dB和-42.94 dB,-15 dB吸收带宽分别为4.6 GHz和5.8 GHz,匹配厚度均为1.2 mm。复合材料具有优异吸波性能的原因主要包括:外壳层聚苯胺的存在提高了材料的介电损耗和磁损耗;材料的多层结构改善了层与层之间的电磁波阻抗匹配关系,且材料的多层结构和漂珠的中空结构增加了电磁波在介质中的传播历程而增大了电磁波损耗;此外,聚苯胺层与钡铁氧体层之间及钡铁氧体层与漂珠之间的耦合作用对材料的吸波性能也有显著影响。