【摘 要】
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近年来,类沸石咪唑酯材料（Zeolitic Imidazolate Frameworks,ZIFs）由于轻质、结构和成分可调等特点,在微波吸收和电磁屏蔽方面表现出巨大的潜力。本文充分利用类沸石咪唑酯优越的多面体结构,创新性地展示了一种以Co Zn-ZIFs为前驱体,通过简单碳化和化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition,CVD）构建了具有类花状独特微观结构的Co Zn-Z
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近年来,类沸石咪唑酯材料（Zeolitic Imidazolate Frameworks,ZIFs）由于轻质、结构和成分可调等特点,在微波吸收和电磁屏蔽方面表现出巨大的潜力。本文充分利用类沸石咪唑酯优越的多面体结构,创新性地展示了一种以Co Zn-ZIFs为前驱体,通过简单碳化和化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition,CVD）构建了具有类花状独特微观结构的Co Zn-ZIFs@C、Co Zn-ZIFs@MWCNTs和Co Zn-ZIFs@CNFs吸波材料。采用多种表征技术系统地研究了三类吸波材料的微观结构和电磁性能,并详细地阐述了材料的微波吸收机理。具体研究内容如下:采用碳化法在600℃下热解具有不同Co/Zn摩尔比的Co Zn-ZIFs前驱体,得到了具有菱形十二面体的Co Zn-ZIFs衍生碳材料（Co Zn-ZIFs@C-X）。研究发现,Co纳米粒子能够促使材料表面碳纳米管（CNTs）的生长,且Co纳米粒子被封装在碳纳米管的末端。相比于热解前,Co Zn-ZIFs@C材料的复介电常数大大提高,且随着Co/Zn摩尔比的增大呈现先增大后减小的趋势。当Co/Zn摩尔比为4:1,厚度为4.56 mm,频率为5.66 GHz时,Co Zn-ZIFs@C-4具有最佳的反射损耗（Reflection Loss,RL）,其值为-73.64 d B;当厚度为3.10 mm时,Co Zn-ZIFs@C-4材料最宽的有效吸收带宽（Effective Absorption Bandwidth,EAB）为3.33 GHz,可吸收90%（RL≤-10 d B）以上的微波。采用化学气相沉积法,以三聚氰胺为外加碳源,Co Zn-ZIFs为前驱体构建了具有三维网络结构的Co Zn-ZIFs衍生多壁碳纳米管材料（Co Zn-ZIFs@MWCNTs）。详细地研究了碳化温度和三聚氰胺质量对材料微观形貌和电磁参数的影响。研究表明,Co Zn-ZIFs@MWCNTs是一种具有类红毛丹、类菊花等微观结构的衍生碳纳米管材料。Co Zn-ZIFs@MWCNTs-5（650）样品中Co纳米粒子被封装在多壁碳纳米管的顶端且被碳层完全包裹。不同碳源质量下Co Zn-ZIFs@MWCNTs的石墨化程度具有随着三聚氰胺质量的增加而增强的趋势。在厚度为1.56 mm时,样品Co Zn-ZIFs@MWCNTs-5（650）具有最宽的EAB,其值为5.19 GHz,几乎覆盖了整个Ku波段。当厚度为1.40 mm时,样品Co Zn-ZIFs@MWCNTs-5（700）具有最佳的吸波性能,其RLmin在16.97 GHz处为-51.20d B;当厚度为1.50 mm时,Co Zn-ZIFs@MWCNTs-5（700）具有最宽的EAB,在13.50～18GHz之间为4.50 GHz。良好的吸波性能和宽的吸收带宽主要得益于丰富的界面和多样性的微观结构所诱导产生的偶极极化、界面极化和导电损耗。在上述实验的基础上,利用CVD法在Ar气氛下通过不同的热解条件制备了Co Zn-ZIFs衍生碳纳米纤维材料（Co Zn-ZIFs@CNFs）。在750～800℃时,材料由碳纳米管演变为碳纳米纤维（CNFs）材料。Co Zn-ZIFs@CNFs-2材料的石墨化程度随着温度的升高呈现先增强后减弱的趋势,其介电损耗也具有相同的趋势。Co Zn-ZIFs@CNFs-1（900）样品在频率为11.26 GHz（d=2.21 mm）时,具有高达-47.84 d B的RL值;当样品厚度为1.57 mm时对应的EAB为4.47 GHz。Co Zn-ZIFs@CNFs-2（750）材料在厚度为1.96 mm时具有最佳的RL,在频率为12.40 GHz处为-63.73 d B;材料厚度为1.62 mm时具有4.90GHz的最宽EAB。因此,该研究方法为设计具有可调节的电磁参数和阻抗匹配以及宽频带和轻量化的微波吸收材料（Microwave Absorbing Materials,MAMs）提供了一种有效的策略。
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