【摘 要】
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随着科技的发展,各个波段的电磁波逐渐被科学研究者不断开发并利用,但电磁波被利用的同时也产生了很多电磁干扰,比如生活中一些关键的电子器件在此干扰下功能会发生紊乱,甚至失效。人类长时间处于高功率的电磁干扰下,也会产生身体不适。此外在军事上飞机想要得到良好的隐身效果也必须解决电磁反射问题。而吸波材料因其具有一定的吸收电磁波的能力,能够解决电磁干扰和电磁反射的问题,得到了研究者的广泛研究。碳材料以其密度低
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随着科技的发展,各个波段的电磁波逐渐被科学研究者不断开发并利用,但电磁波被利用的同时也产生了很多电磁干扰,比如生活中一些关键的电子器件在此干扰下功能会发生紊乱,甚至失效。人类长时间处于高功率的电磁干扰下,也会产生身体不适。此外在军事上飞机想要得到良好的隐身效果也必须解决电磁反射问题。而吸波材料因其具有一定的吸收电磁波的能力,能够解决电磁干扰和电磁反射的问题,得到了研究者的广泛研究。碳材料以其密度低、可加工性好、耐腐蚀性高等性能引起了学者们的注意,它是以电导损耗为主的吸波材料。通常良好的吸波性能需要同时满足阻抗匹配和强烈的损耗这两种条件,单组分材料因为其吸波机理单一而表现出了较差的性能。常见的碳材料通常因其较高的电导率而导致阻抗不匹配,具有较差的吸波性能。为了解决这种问题研究者通过两种不同损耗类型的材料相复合来拓展有效吸收带宽（EAB）,如将碳材料与磁性材料或者介电材料相复合来实现阻抗匹配。但这种方法通常使得材料的制备过程变得比较繁琐。这里我们开发了一种新型的用于微波吸收的单组分碳材料,氮掺杂碳点（N-CDs）。采用同轴法测试得到了N-CDs优异的吸波性能并探究了其高性能吸波的机理。其主要研究内容如下:（1）利用微波辅助合成法合成了N-CDs,并首次将其应用于微波吸收领域。通过调控热处理温度、填充比例和涂料厚度,我们发现N-CDs在1250°C的热处理下,在10.7 GHz处的最小电磁反射损耗达到了-26.5 d B,当涂料厚度为1.5mm时,N-CDs的EAB为4.85 GHz.。通过调整厚度范围（1.5-5 mm）,EAB范围为3.3-18 GHz,优于大多数单组分材料。（2）本文还讨论了N-CDs高吸波性能的机理并重点研究了氮元素含量对吸波性能的影响。主要机理如下:石墨化程度的提高促进了电导损耗;碳点聚合形成的大量异质界面促进了界面极化损耗;氮掺杂促进了偶极极化损耗;与涂层厚度相关的干涉损耗;以及合适的氮元素含量对吸波性能的促进作用。这些效应共同导致了N-CDs优异的吸波性能。此外,本文还研究了氮元素含量的作用,通过控制热处理温度（600°C）,改变原料的比例来控制氮元素的含量。实验发现随着氮含量的逐渐降低,N-CDs的吸波性能先升高后降低,其原因为氮元素含量较高时,会引入过多的缺陷,降低其电导损耗,影响吸波性能。当氮含量降低到一定程度时缺陷减少,此时影响材料吸波性能的主要原因不再是缺陷,而是石墨氮的含量。氮含量的降低,会导致电导率的降低,从而降低N-CDs的吸波性能。因此合适的氮含量对N-CDs的微波吸收性能起到了重要作用。总而言之,这些结果可能拓展出碳点新的应用领域,为开发有效的碳基吸波材料提供新的思路。
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