石墨烯Fe3O4FeSiAl復合材料的制備及吸波性能

摘要：以FeSiAl片狀磁粉、膨脹石墨為主要原料，采用水熱法制備石墨烯/Fe3O4/FeSiAl復合材料。通過XRD、SEM、Raman、FTIR和矢量網(wǎng)絡分析儀（VNA）對石墨烯/Fe3O4/FeSiAl復合材料的晶相、微觀形貌和吸波性能進行了表征和分析。結果表明：通過水熱還原法，將氧化石墨烯還原成石墨烯，并且生成的石墨烯及Fe3O4顆粒均勻包覆在FeSiAl片狀磁粉上，這種片狀和顆粒狀不同結構的復合，制備出了兼具磁損耗和介電損耗的吸波材料。在0.2~2.66GHz頻段內，當氧化石墨烯和FeSiAl質量比為1∶9，相應匹配厚度為2mm時，石墨烯/Fe3O4/FeSiAl復合材料在2.56GHz處最小反射率可達到–17dB，其有效吸收頻帶范圍（反射率小于–10dB）為2.27~2.66GHz。隨著氧化石墨烯與FeSiAl質量比的增加，石墨烯/Fe3O4/FeSiAl復合材料的有效吸收頻帶向高頻移動，有助于該吸波材料在高頻段的應用。前言隨著電子信息技術的飛速發(fā)展，各式各樣的電子產(chǎn)品在滿足人們需要的同時，大量的電磁波輻射也造成了電磁污染、電磁干擾、泄密等棘手問題，妨礙了電子信息工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。同時為適應現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要，隱身材料在武器中廣泛的應用，使得研究吸波性能優(yōu)異的材料具有迫切的現(xiàn)實需要。吸波材料的設計原則主要從電磁波的吸收與衰減兩方面來考慮，通過調節(jié)吸波材料的相組成與微觀結構，盡量減少電磁波在材料表面的反射，使進入材料的電磁波最大程度的衰減，以此來提高材料的吸波性能。FeSiAl合金具有優(yōu)異的軟磁性能，尤其是扁平狀的FeSiAl磁粉具有較高的飽和磁化強度和各向異性，突破了鐵氧體材料的Snoek限制，在低頻段（1~3GHz）有較好的吸波性能，越來越引起人們的關注。然而，單一的介電損耗或磁損耗材料很難滿足吸波材料“厚度薄、頻帶寬、質量輕、吸收強”的要求。所以，將FeSiAl磁粉與其他類型的吸收劑進行復合，構筑兼具介電損耗和磁損耗的復合吸波材料，是提高其吸波性能的重要方向。如在片狀FeSiAl磁粉上沉積Fe3O4納米顆粒提高吸波性能。在FeSiAl磁粉表面沉積MgO提高電磁吸波性能。將FeSiAl磁粉與碳材料進行復合，如Sun等將FeSiAl磁粉與石墨共混進行球磨，得到FeSiAl/石墨的復合材料，在6.7GHz處，達到最小反射率–21.0dB。石墨烯作為一種新型碳材料，得到了廣泛的研究和應用。石墨烯由于具有大比表面積、高介電損耗、低密度，可能成為優(yōu)異吸波材料。但高品質的石墨烯作為一種碳納米材料，本身不具備磁損耗能力，而且高的電導率會造成高的表面反射率，限制了它的微波吸收性能。將石墨烯與磁損耗型吸波材料復合，可以發(fā)揮電損耗與磁損耗兩種形式的損耗來提高吸波性能，而且化學氧化還原的石墨烯因為含氧官能團的殘留和較多缺陷，使其電導率降低，有助于電磁波的吸收和衰減。如Sun等以氧化石墨烯、FeCl3為反應物，乙二醇作為溶劑和還原劑原位制備了石墨烯/Fe3O4復合材料。Wang等利用水熱法制備了大尺寸還原氧化石墨烯/Fe3O4復合材料。采用一步水熱法制備鎳鐵氧體/還原氧化石墨烯復合材料。綜上，本文通過水熱法還原氧化石墨烯，使石墨烯沉積在FeSiAl磁粉上，同時在水熱反應下，F(xiàn)eSiAl磁粉表面受到氧化生成Fe3O4顆粒。檢測復合材料在0.2~2.6GHz的吸波性能，探究不同氧化石墨烯與FeSiAl質量比對復合材料吸波性能的影響，并對石墨烯/Fe3O4/FeSiAl復合材料的吸波機制進行討論。以期獲得不同有效吸收頻帶下的復合吸波材料。結論（1）通過水熱還原，氧化石墨烯還原成石墨烯，并且生成的石墨烯及Fe3O4顆粒均勻包覆在FeSiAl片狀磁粉上，這種片狀和顆粒狀不同結構的復合，制備出了兼具磁損耗和介電損耗的吸波材料。隨著質量比的增加，石墨烯/Fe3O4/FeSiAl復合材料的有效吸收頻帶向高頻移動，有助于吸波材料在高頻段的使用。（2）石墨烯與Fe3O4顆粒以及FeSiAl之間產(chǎn)生的多級界面以及相關的界面極化，保證了石墨烯/Fe3O4/FeSiAl擁有較好的吸收強度