摘要: 以满足质轻、高强、宽频的吸波要求，本论文从材料的组分和结构设计出发，对传统吸波材料Fe3O4进行改性，并通过调节系统参数，研究开发出一系列性能可调的Fe3O4基纳米复合材料。主要研究内容及结果如下: 首先，通过溶剂热法制备得到了单分散的Fe3... 展开 以满足质轻、高强、宽频的吸波要求，本论文从材料的组分和结构设计出发，对传统吸波材料Fe3O4进行改性，并通过调节系统参数，研究开发出一系列性能可调的Fe3O4基纳米复合材料。主要研究内容及结果如下: 首先，通过溶剂热法制备得到了单分散的Fe3O4纳米粒子和负载效果良好的Fe3O4/RGO（石墨烯）纳米复合物，并通过调控FeCl36H2O在乙二醇/二甘醇(EG/DEG)混合溶剂中的浓度实现了Fe3O4纳米粒子的粒径可控。结果表明:所得样品的电磁波吸收性能与Fe3O4纳米粒子的粒径密切相关，并且Fe3O4/RGO纳米复合物的电磁波吸收性能较单纯的Fe3O4纳米粒子有所提升。Fe3O4/RGO纳米复合物在1.0～5.5mm吸波涂层厚度范围内的有效吸收频宽可以达到145GHz(2.8～15.4GHz和15.4～18.0GHz)。最小反射损耗值可以达到-289dB，对应的吸波涂层厚度为25mm，测试频率为10.7GHz。其优异的电磁波吸收性能可归因于介电损耗和磁损耗的协同效应，界面极化的增强，RGO大的比表面积以及层状结构。 其次，合成并研究了核壳结构的Fe3O4@ZnO纳米粒子和Fe3O4@SnO2纳米粒子的电磁波吸收性能。结果表明:所得的Fe3O4@ZnO纳米粒子由于ZnO壳层厚度较薄导致无论在填充量为30wt-％还是70wt-％时的电磁波吸收效果均不理想。而制备所得的Fe3O4@SnO2纳米粒子在填充量为50wt-％时，无论在粒径较小(对应的Fe3O4纳米粒子的平均粒径为120nm)还是粒径较大时（对应的Fe3O4纳米粒子的平均粒径为220nm）均在低频段具有良好的电磁波吸收效果。这可以归因于样品良好的阻抗匹配，增强的界面极化以及特殊的核壳结构。 第三，合成并研究了核壳结构的Fe3O4@SiO2纳米粒子和Fe3O4@SiO2@ZnO纳米粒子的电磁波吸收性能，并通过控制混合溶液中正硅酸四乙酯和氨水的加入量对样品的SiO2壳层厚度进行控制。结果表明:样品的SiO2壳层厚度对其电磁波吸收性能具有重要影响。在2.0～18.0GHz频率范围内，1.5～55mm吸波涂层厚度范围内，SiO2壳层厚度较薄的Fe3O4@SiO2纳米粒子的电磁波吸收性能较原始的Fe3O4纳米粒子有所提升。而Fe3O4@SiO2@ZnO纳米粒子的电磁波吸收性能又强于Fe3O4@SiO2纳米粒子，这可以归因于介电损耗型材料ZnO的引入和双重核壳结构。 第四，结合溶剂热法和溶胶-凝胶法制备得到了Fe3O4@ZnO/RGO纳米复合物，并研究了其在2.0～18.0GHz频率范围内，1.0～5.5mm吸波涂层厚度范围内的电磁波吸收性能。结果表明:Fe3O4@ZnO/RGO纳米复合物的有效吸收频宽可以达到11.2GHz（3.7～11.0GHz，11.8～12.9GHz和15.2～18.0GHz），最小反射损耗值可以达到-31.1dB，刘应的测试频率为67GHz，吸波涂层厚度为4.5mm。相较于Fe3O4/RGO纳米复合物，Fe3O4@ZnO/RGO纳米复合物表现出了更为优异的电磁波吸收性能，这可以归因于样品特殊的核壳结构，多重界面极化以及介电损耗型材料ZnO的引入。 第五，通过简单的溶剂热法制备得到了Fe3O4@SnO2/RGO纳米复合物，并通过改变混合溶液中加入的SnCl4·5H2O和NaOH质量对SnO2的包覆量进行调控。结果表明:在Fe3O4/RGO纳米复合物中引入SnO2可显著增强材料的电磁波吸收性能。在2.0～180GHz频率范围内，1.0～5.5mm吸波涂层厚度范围内，Fe3O4@SnO2/RGO纳米复合物的有效吸收频宽可以达到14.4GHz(3.6～18.0GHz)，并且在5.2～75GHz范围内的反射损耗值均小于-20.0dB（99％的电磁波被吸收）。最小反射损耗值可以达到-45.5dB，对应的测试频率为6.4GHz，吸波涂层厚度为4.5mm。样品优异的电磁波吸收性能可以归因于其特殊的核壳结构，良好的阻抗匹配以及多重损耗机制。 最后，结合溶剂热法和溶胶-凝胶法制备得到了SiO2壳层厚度在20nm左右的Fe3O4@SiO2/RGO纳米复合物，并研究了其在2.0～18.0GHz频率范围内，1.5～3.5mm吸波涂层厚度范围内的电磁波吸收性能。结果表明:Fe3O4@SiO2/RGO纳米复合物的电磁波吸收性能相较于Fe3O4/RGO纳米复合物有所提升，这可以归因于样品特殊的核壳结构，多重损耗机制以及透波材料SiO2的引入。另外，SiO2的引入还可以保护Fe3O4纳米粒子，避免其被氧化和腐蚀以及增强其耐高温特性。 综上所述，本论文制备得到的Fe3O4基纳米复合材料不仅能有效改善Fe3O4纳米粒子作为吸波材料密度大、高温稳定性差的难题，还能促使复合材料在组成、结构和磁性能方面相互协同，实现对电磁波的有效吸收。本论文的开展可望为制备Fe3O4基结构功能一体化的电磁波吸收材料体系提供技术支撑和理论依据。 收起