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研制高效新型微波吸收与屏蔽材料是减少电磁污染、保护环境的有效途径。电磁参数(s-ε’-jε’.μr=μ’-jμ")和阻抗匹配是决定材料吸收性能的关键因素。这些参数取决于吸收剂的形态、结构、尺寸、组成、表面、界面和电磁耦合的协同作用。层片状异质结构纳米复合材料因其高的比表面积、大的形状各向异性、表面和界面,而具有高的介电常数和磁导率,在电磁屏蔽和微波吸收领域备受关注。为此,本文以膨胀石墨(EG)为基底设计和制备了不同组成、形貌、尺寸、表面和界面的EG/Fe/Fe3O4、EG/Fe3O4纳米环、C/铁氧体(Co,Ni,Zn,Fe)纳米晶超结构、EG/C/铁氧体纳米晶超结构等碳磁复合材料,揭示了尺寸、组成和形貌调控机理,探究了磁性粒子的形态、尺寸、组成、表面与界面对电磁作用机制和微波吸收增强机理。主要研究内容如下:1.EG/Fe/Fe3O4复合材料的可控合成与电磁性能采用化学气相沉积法,通过改变Fe(CO)5体积(δ)制备了不同组成和表面形态的EG/Fe/Fe304复合材料。实验结果表明:随着δ从1 mL增加到4 mL,Fe和Fe304的含量分别在0～6.64%和0～81.84%范围内增加;在δ=1～3 mL时Fe/Fe3O4纳米颗粒在EG表面形成草莓状结构,在δ = 4 mL时Fe/Fe3O4纳米颗粒在EG表面形成致密的颗粒膜。由于Fe304和Fe含量的增加,Ms值因耦合和空间限域效应的增强而逐渐增大;由于形状各向异性和晶体尺寸的协同效应,历值逐渐降低。草莓状表面的EG/Fe/Fe304复合材料(S1-S3)比纯EG和具有致密颗粒膜表面的复合材料(S4)具有更高的磁导率、介电常数和微波吸收率。具有草莓状表面的复合材料(S3)在7.84GHz的最小RL值为-41.6dB,RL≤20 dB(99%吸收率)频率范围为15.7GHz。这项工作为设计和合成“宽带-轻质”微波吸收剂提供了重要的指导。2.EG/Fe3O4纳米环复合材料的组成和尺寸的调控及其电磁特性通过溶剂热-表面改性-烧结法制备了 EG/Fe3O4纳米环(NR)复合材料,以突破Snoek极限的限制。采用XRD,EDX,XPS,FESEM,TEM,STEM和拉曼光谱表征了样品。改变前驱物的质量、尺寸和EG球磨时间可以方便地调控Fe3O4NR含量、Fe3O4形状、填充质量分数、NR和EG尺寸。复合材料具有可控的饱和磁化强度,介电常数和磁导率显著增加。性能研究表明:适量的Fe3O4含量(6.38wt.%～22.12wt.%)、大EG尺寸和大NR尺寸有利于提高磁导率和介电常数。这是由于易面各向异性、高磁化强度(Ms)、微流诱导等离子共振以及微流诱导电磁耦合的协同作用。特别是,与纯EG和Fe3O4NR相比,复合材料表现出轻质、宽带和强吸收的特性。我们发现含29.82%(重量)Fe3O4的复合材料展现了最佳的微波吸收特性:在8.56 GHz处的最小RL值为-45.8 dB,RL≤-20dB频率范围为12.97 GHz,质量分数为10wt.%。这项工作为设计和合成具有高Snoek极限,宽频带和轻质的微波吸收剂提供了重要指导。3.碳支撑铁氧体纳米晶超结构的组装与电磁特性研究以金属-油酸盐络合物作为前驱体,硫酸钠盐粉末作为牺牲模板,采用一步自组装法合成了二维碳/铁氧体纳米晶超结构(C/铁氧体纳米晶超结构,EG/C/铁氧体纳米晶,MxFe3-xO4,M=Co,Ni,Zn,Fe)。研究了油酸钠的含量、水的体积、老化时间、老化温度、煅烧升温速率、煅烧温度、不同模板、尖晶石铁氧体和掺入膨胀石墨对样品的组成、尺寸和形貌的影响。调控铁氧体组成、尺寸能有效地调节样品的静磁性能。样品的Ms 值按以下顺序减小:EG/C/y-Fe2O3(SO)>EG/C/CoFe2O4(S14)>EG/C/NiFe2O4(S15)>EG/C/ZnFe2O4(S16);而Hc值按以下顺序减小:EG/C/CoFe2O4(S14)>EG/C/y-Fe2O3(S0)>EG/C/NiFe2O4(S15)>EG/C/ZnFe2O4(S16)。与 EG,EG/y-Fe2O3和 EG/C/ZnFe2O4相比,EG/C/y-Fe2O3,EG/C/NiFe2O4和EG/C/CoFe2O4超结构具有优异的微波吸收特性。EG/C/CoFe2O4复合物在13.9 GHz处,最大反射损耗为-49.85dB,厚度为1.3mm,其吸收带宽(RL≤-20dB)为15.0GHz(2.0～17.0GHz)。这种优异的微波吸收特性是由于碳支撑铁氧体纳米晶的异质超结构,具有高介电常数、较强的电磁损耗和阻抗匹配。