二維碳化物Ti3C2Tx/磁性材料復(fù)合吸波材料研究進(jìn)展

季惠 張恒宇 王妮 肖紅

摘要： 二維過(guò)渡金屬碳化合物Ti3C2Tx，具有優(yōu)異的介電性能和獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)介電損耗可實(shí)現(xiàn)較好的高頻微波吸收性能。引入磁性材料增加磁損耗機(jī)制，雙重?fù)p耗機(jī)制有望獲得優(yōu)異的吸波性能且拓寬吸波頻帶。文章介紹了Ti3C2Tx和磁性材料的電磁性能及吸波機(jī)制，分析了Ti3C2Tx分別與鐵氧體、磁性金屬顆粒及其合金和Ti3C2Tx/磁性材料衍生物復(fù)合的吸波性能及電磁波衰減機(jī)制。分析表明，Ti3C2Tx與磁性材料復(fù)合，其綜合吸波性能要優(yōu)于單一組分，且可以通過(guò)改變負(fù)載量來(lái)調(diào)整吸波強(qiáng)度和帶寬，為制備低頻下吸收強(qiáng)度高的吸波材料提供研究方向。

關(guān)鍵詞： 二維碳化物;磁性材料;復(fù)合吸波材料;吸波;多重?fù)p耗

中圖分類號(hào)： TB33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 10017003（2021）08003307

引用頁(yè)碼： 081107

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.08.007（篇序）

Research progress of two-dimensional carbide Ti3C2Tx/magnetic composite wave absorbing materials

JI Hui1， ZHANG Hengyu1， WANG Ni1， XIAO Hong2

（1.College of Textile， Donghua University， Shanghai 201620， China; 2.Institute of Quartermaster Engineering & Technology，Institute of System Engineering， Academy of Military Science， Beijing 100010， China）

Abstract： Ti3C2Tx， a two-dimensional transition metal carbon compound with excellent dielectric property and unique stratified structure can realize its good microwave absorption performance via dielectric loss. Due to the increase in its magnetic loss mechanism after the introduction of magnetic materials， the dual loss mechanism is expected to realize its excellent microwave absorbing performance while expanding the wave-absorbing frequency band. This paper introduces the electromagnetic properties and wave-absorbing mechanism of Ti3C2Tx and magnetic materials， analyzes the wave-absorbing properties and electromagnetic wave attenuation mechanism of Ti3C2Tx composite with ferrite， magnetic metal particles and their alloys， as well as Ti3C2Tx/magnetic material derivatives are analyzed. Through analysis， it is found that Ti3C2Tx composite with magnetic materials is superior to the single component in terms of the comprehensive wave-absorbing performance. In addition， the wave-absorbing intensity and bandwidth can be adjusted by changing the load. It is expected to provide a research direction for the preparation of wave-absorbing materials with high absorption strength at low frequency.

Key words： two-dimensional carbide; magnetic material; composite wave absorbing material; wave absorption; multiple loss

收稿日期： 20210113;

修回日期： 20210712

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51673211）

作者簡(jiǎn)介： 季惠（1996），女，碩士研究生，研究方向?yàn)殡姶殴δ芗徔棽牧稀Ｍㄐ抛髡撸盒ぜt，高級(jí)工程師，76echo@vip.sina.com。

電磁波作為能量或信息傳輸?shù)妮d體，已不可避免地存在于生活的各方面，包括各類電子設(shè)備、航空航天、醫(yī)療設(shè)備、武器裝備、衛(wèi)星通訊等。由此帶來(lái)的電磁輻射和干擾問(wèn)題，以及雷達(dá)隱身技術(shù)對(duì)吸波材料的極大需求，迫切需要開發(fā)高性能電磁波吸收材料[1-3]。以反射電磁波為主的屏蔽材料會(huì)造成二次污染，而以吸收為主的屏蔽材料可以將進(jìn)入材料內(nèi)部的電磁波能量轉(zhuǎn)換為熱能或者其他形式的能量，為從根本上消除電磁波提供了可能[4]。因此，開發(fā)適用于GHz頻率范圍內(nèi)，具有“輕、薄、寬、強(qiáng)”特點(diǎn)及在寬頻范圍內(nèi)吸收能力強(qiáng)的吸波材料，已經(jīng)是當(dāng)下電磁領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[5]。

吸波材料包括電損耗型和磁損耗型兩大類。前者具有一定的介電性能，通過(guò)各類極化及自身的電阻損耗消耗電磁波，常用的吸波劑包括碳基材料、導(dǎo)電聚合物及它們的復(fù)合材料;后者磁損耗機(jī)制主要包括自然共振、渦流效應(yīng)、疇壁位移、交換共振和磁滯損耗，常用的吸波劑包括磁性金屬粉、鐵氧體、羰基鐵等，尤其是鐵氧體類，具有高飽和磁化強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率、高居里溫度和優(yōu)異的磁性能[6]。其中，電損耗型材料由于其質(zhì)輕、高比表面積及優(yōu)異的介電損耗等性能引起極大的關(guān)注[7]，但是過(guò)高的電導(dǎo)率會(huì)導(dǎo)致其與空氣阻抗失配，使吸收帶寬窄和吸收強(qiáng)度低[8]。磁性材料通常密度較大，以及Snoke極限等因素限制其應(yīng)用[9-10]。故為開發(fā)高效的吸波材料，滿足良好的阻抗匹配及增強(qiáng)微波吸收性能，在電損耗型材料中加入磁性材料是一種很好的解決方法。

近幾年，具有層狀結(jié)構(gòu)的二維過(guò)渡金屬碳化合物（Ti3C2Tx），已被證實(shí)具有極好的導(dǎo)電性能和屏蔽性能。磁性材料目前最常見的是鐵氧體類和金屬合金等[11]，通過(guò)對(duì)Ti3C2Tx表面修飾磁性材料，更多的異質(zhì)界面導(dǎo)致其界面極化增加，以及官能團(tuán)等引起的偶極極化、層間多次反射等，均證明Ti3C2Tx/磁性復(fù)合材料在電磁吸收領(lǐng)域具有廣闊的前景。本文總結(jié)了近幾年Ti3C2Tx與鐵氧體、金屬顆粒及其合金、Ti3C2Tx/磁性材料衍生物等磁性材料復(fù)合的研究進(jìn)展，對(duì)其電磁波吸收性能進(jìn)行對(duì)比分析，并提煉出Ti3C2Tx及磁性材料的吸波機(jī)制，以期為后續(xù)高效寬頻吸波材料的研發(fā)提供參考。

1 吸波材料電磁性能表征

吸波材料要求能夠有效吸收電磁波，并通過(guò)各種損耗機(jī)制將電磁能轉(zhuǎn)換成熱能或其他能量[1]。吸波材料需要滿足兩種特性，一是電磁波的匹配特性，能夠使電磁波最大限度進(jìn)入材料內(nèi)部;二是衰減特性，入射的電磁波在通過(guò)吸波層時(shí)要迅速衰減。

吸波材料的阻抗特性與衰減特性均由材料的復(fù)介電常數(shù)（εr=ε′-jε″）和復(fù)磁導(dǎo)率（μr=μ′-jμ″）決定。ε′和μ′分別代表材料中電能和磁能的儲(chǔ)存，ε″和μ″代表電能和磁能的損耗。一般來(lái)說(shuō)，輸入阻抗與自由空間阻抗（377 Ω）越接近，阻抗匹配越好，可進(jìn)入材料內(nèi)部進(jìn)行衰減的電磁波越多，輸入阻抗計(jì)算見下式：

Zin=Z0μrεrtanhj2πfdcμrεr（1）

式中：Zin為輸入阻抗，Ω;Z0為自由空間的阻抗，Ω;d是材料厚度，mm;f是電磁波的頻率，Hz;c是自由空間中電磁波的速度，m/s。

根據(jù)傳輸線理論，反射損耗（RL）越小，吸波性能越好，材料的吸波性能可由下式計(jì)算得出：

RL（dB）=20 lgZin-Z0Zin+Z0（2）

2 Ti3C2Tx和磁性材料的電磁參數(shù)及吸波性能

2.1 Ti3C2Tx材料的結(jié)構(gòu)及電磁性能

Ti3C2Tx材料是一類新型的二維材料，結(jié)構(gòu)類似于石墨烯，可表示為Mn+1XnTx。其中，M代表一種或多種過(guò)渡金屬;X代表碳或氮;T代表表面官能團(tuán)，一般為—O、—OH、—F;n取值為1，2或3[12]。目前，Ti3C2Tx一般通過(guò)氫氟酸刻蝕Ti3AlC2的Al層而制備得到，可通過(guò)超聲、離心、插層、剝離等方法獲得不同片層尺寸、不同層數(shù)的Ti3C2Tx。一般來(lái)說(shuō)，小片層電導(dǎo)率低，大片層電導(dǎo)率高，抽濾成膜后電導(dǎo)率可達(dá)105 S/cm[13]。

Ti3C2Tx納米片/石蠟復(fù)合材料的電磁參數(shù)如圖1[14]所示?？梢娖浣殡姵?shù)ε′和ε″均表現(xiàn)出頻散效應(yīng)，而磁導(dǎo)率μ的實(shí)部保持在1左右，虛部大致為0，因此，Ti3C2Tx被認(rèn)為是一種典型的介電損耗材料[14]。同時(shí)，Ti3C2Tx具有以下吸波結(jié)構(gòu)特征：1）經(jīng)HF刻蝕后其表面存在大量的缺陷和官能團(tuán)，在電磁場(chǎng)的作用下形成許多極化中心，偶極極化利于吸收電磁波。2）有良好的電導(dǎo)率和大的比表面積，可構(gòu)建更多導(dǎo)電路徑，入射電磁波被多次反射并消耗。3）具有獨(dú)特的二維層狀結(jié)構(gòu)，提供了更多的界面，層間多重反射和散射，利于電磁波衰減。顯然，二維層狀Ti3C2Tx材料本身具有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也使其可以更好地吸收電磁波[15-18]。Ti3C2Tx納米片/石蠟復(fù)合材料，當(dāng)配比為1︰1、厚度為1.5 mm時(shí)，其有效吸收頻帶（RL<-10 dB）為12.4～17.1 GHz;12 GHz時(shí)最佳反射損耗為-34.4 dB，厚度僅1.7 mm，吸波性能遠(yuǎn)高于前驅(qū)體Ti3AlC[19]2。

2.2 常用磁性材料的電磁參數(shù)及吸波性能

相比介電損耗吸波材料，磁性吸波材料具有優(yōu)異的磁損耗能力，代表性的材料有鐵氧體、羰基鐵和磁性金屬及其合金等[20-21]。

鐵氧體分為尖晶石型（AB2O4）、石榴石型（R13B5O12）和磁鉛石型（AB12O13）三種類型，目前磁性吸波材料中常見的有Fe3O4、Co2Z、NiFe2O4、CoFe2O4、Co0.2Ni0.4Zn0.4Fe2O4和NiFe2O4等[22]。鐵氧體吸波材料價(jià)格低廉、制備工藝簡(jiǎn)單，且具有很好的磁導(dǎo)率（10-1～104數(shù)量級(jí)），較高的頻率響應(yīng)，強(qiáng)的磁晶各向異性場(chǎng)及高的飽和磁化強(qiáng)度，對(duì)電磁波同時(shí)具有介電損耗和磁損耗吸收。主要的損耗機(jī)制為鐵磁自然共振吸收，即在沒(méi)有外加磁場(chǎng)的情況下，鐵磁材料通過(guò)內(nèi)部自然存在的等效各向異性場(chǎng)作用產(chǎn)生的共振來(lái)衰減能量[5，23-24]。Chen等[25]采用微波輔助球磨的方法得到鎳-鈷鐵氧體，在1152 GHz時(shí)最佳反射損耗為-36.2 dB，有效吸收帶寬為9～12 GHz。但是鐵氧體的高磁導(dǎo)率、高密度和較差的阻抗匹配導(dǎo)致其微波吸收性能較弱，且吸波頻率不夠?qū)?，影響鐵氧體在吸波材料中的應(yīng)用[26]。

羰基鐵（CI）材料在GHz范圍內(nèi)，飽和磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率高、吸波頻帶寬、吸波效果好、可大批量制備且成本低，在吸波領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。但羰基鐵的密度較大，限制其應(yīng)用[27]。卿玉長(zhǎng)等[28]制備的羰基鐵/樹脂基涂層在厚度為2 mm時(shí)，吸波劑的添加比例為70%，密度遠(yuǎn)大于導(dǎo)電高分子材料，在512 GHz處最佳反射損耗達(dá)到-32.2 dB。

磁性金屬及其合金較鐵氧體具有更強(qiáng)的飽和磁化強(qiáng)度，矯頑力也較強(qiáng)，在GHz范圍內(nèi)具有高磁導(dǎo)率，如鈷的相對(duì)磁導(dǎo)率為174，鎳相對(duì)磁導(dǎo)率可達(dá)1 120，是較好的磁損耗材料[29]，而且耐高溫耐腐蝕[30]。對(duì)于磁性納米材料來(lái)講，大量的小尺寸顆粒有利于比表面積的增加和多層結(jié)構(gòu)的分離，對(duì)電磁波的吸收能力有促進(jìn)作用[31]。目前用作吸波劑的磁性金屬材料主要為鈷、鎳、鐵及其合金。由于金屬表面的趨膚效應(yīng)，金屬顆粒的大小應(yīng)盡量低于電磁波的趨膚深度，會(huì)顯著提高吸波性能[19]。磁性金屬的損耗機(jī)理主要是磁滯損耗和渦流損耗，磁滯損耗是由交變磁場(chǎng)引起的不可逆的動(dòng)態(tài)磁化導(dǎo)致的，材料由于磁滯現(xiàn)象不斷消耗能量，渦流損耗為環(huán)形電流（渦流）在鐵磁體內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生焦耳熱，從而導(dǎo)致電磁波能量損耗。磁性材料在交變磁場(chǎng)或者電磁波的作用下，因材料和工作頻段不同而導(dǎo)致?lián)p耗機(jī)制不一[11]。綜上所述，磁性材料由于其自身性質(zhì)特點(diǎn)，難以滿足吸波材料對(duì)于“輕質(zhì)、吸收強(qiáng)”的要求。

3 Ti3C2Tx和磁性材料復(fù)合吸波材料研究現(xiàn)狀

3.1 Ti3C2Tx和鐵氧體類的復(fù)合

Fe3O4是最常見的一種鐵氧體，常通過(guò)水熱法與Ti3C2Tx復(fù)合[32]。厚度為1.9 mm的TiO2/Ti3C2Tx/Fe3O4復(fù)合材料最小反射損耗為-57.3 dB，帶寬約為2.0 GHz，但該過(guò)程會(huì)導(dǎo)致Ti3C2Tx部分氧化為TiO2，采用溶劑熱法[33]可避免這一問(wèn)題的發(fā)生;厚度為4.2 mm的Ti3C2Tx/Fe3O4，最小反射損耗為-57.2 dB，帶寬為1.4 GHz，雖然溶劑熱法改善了Ti3C2Tx的氧化，但復(fù)合材料吸波帶寬與強(qiáng)度都不及水熱法。這主要是氧化產(chǎn)物TiO2對(duì)阻抗的調(diào)節(jié)及引入的多界面極化導(dǎo)致的，且對(duì)比最佳反射損耗所對(duì)應(yīng)的厚度，后者遠(yuǎn)大于前者。為了獲得更輕質(zhì)、帶寬更寬的吸波材料，Wang等[26]采用共沉淀和原位聚合方法，合成了具有層級(jí)結(jié)構(gòu)的Ti3C2Tx/Fe3O4/PANI復(fù)合吸波材料，在15.3 GHz處獲得最小反射損耗為-40.3 dB，厚度僅為1.9 mm，有效吸收帶寬高達(dá)5.2 GHz（12.8～18 GHz），且仍可通過(guò)調(diào)節(jié)吸波材料的厚度調(diào)整電磁波的吸收頻率。相對(duì)于Ti3C2Tx/導(dǎo)電聚合物（PPy）這種無(wú)磁性復(fù)合材料，不僅吸波強(qiáng)度提高17.7 dB，有效吸波帶寬也增加了1.2 GHz[34]，可見磁性材料帶來(lái)的異質(zhì)界面與磁損耗確實(shí)可以進(jìn)一步加強(qiáng)界面極化與微波衰減能力。Ti3C2Tx中加入鎳/鈷鐵氧體不僅可以通過(guò)增加滲流閾值來(lái)控制復(fù)介電常數(shù)，也增加了磁損耗機(jī)制，導(dǎo)致更強(qiáng)的電磁衰減能力和較佳的阻抗匹配特性。使用CoFe2O[20]4和NiFe2O[5]4修飾Ti3C2Tx的界面，雖然較其他鐵氧體材料的最佳反射損耗差，但是厚度普遍低于2 mm，且均顯著增強(qiáng)了Ti3C2Tx的微波衰減能力和吸收帶寬，帶寬可達(dá)8.5 GHz，實(shí)現(xiàn)“質(zhì)輕，帶寬”的要求。

Ti3C2Tx及其導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，其有效吸收主要在8～18 GHz，如果要在較低頻段反射損耗大于-10 dB[35]，加入磁性材料可以改善這一問(wèn)題。Yang等[36]采用流延成型工藝制備的層狀Co2Z/Ti3C2Tx復(fù)合材料，電磁波先后穿過(guò)兩層吸收體，增加了電磁波的衰減，且所制備的復(fù)合材料在較低頻率下顯示出高效的電磁波衰減能力，在4.96～6.56 GHz內(nèi)反射損耗小于-10 dB，在5.8 GHz時(shí)最佳反射損耗為-46.3 dB。Liu等[37]通過(guò)水熱法合成了新型的Co0.2Ni0.4Zn0.4Fe2O4納米顆粒（CNZF）與Ti3C2Tx連接的多層復(fù)合材料，通過(guò)調(diào)整Ti3C2Tx與CNZF的質(zhì)量比，可以調(diào)節(jié)Ti3C2Tx/CNZF復(fù)合材料的微波吸收能力，并且隨著厚度增加，最小反射損耗值向低頻移動(dòng)。鐵氧體具有高的磁導(dǎo)率，還具有高電阻率，更有利于電磁波能量的耗散，所以兼具介電損耗和磁損耗是鐵氧體作為吸波材料的優(yōu)勢(shì)之一。Ti3C2Tx與鐵氧體復(fù)合可以實(shí)現(xiàn)在低頻有更強(qiáng)的吸波性能，不足之處是所制備的材料厚度普遍較大。Ti3C2Tx與各類鐵氧體復(fù)合的電磁參數(shù)如表1所示。

3.2 Ti3C2Tx和磁性金屬及其合金的復(fù)合

磁性金屬吸波材料因?yàn)楦叽艑?dǎo)率、低密度及高飽和磁化強(qiáng)度在吸波領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]。羰基鐵是典型的磁損耗吸波材料，Yan等[38]研究了Ti3C2Tx/CI單層涂層的電磁吸收特性，2～18 GHz，Ti3C2Tx/CI復(fù)合材料的磁導(dǎo)率隨著CI含量的增加而增大。通過(guò)優(yōu)化二者的含量，最終負(fù)載20%的Ti3C2Tx和40%的CI為涂層時(shí)，在厚度為1.0 mm時(shí)，吸收帶寬達(dá)到8.16 GHz（9.84～18 GHz），在12.8 GHz處最小反射損耗為-15.52 dB。這種寬頻吸收特性歸因于CI的高鐵磁諧振頻率及加入片狀羰基鐵，從而增加了異質(zhì)界面，有利于材料的界面極化，顯著增強(qiáng)吸波性能。

對(duì)于Ti3C2Tx和Ni的復(fù)合，Li等[39]在Ti3C2Tx層上對(duì)Ni球進(jìn)行原位水熱組裝，Ti3C2Tx每層的邊緣和層間隙中布滿均勻分布的Ni納米粒子。當(dāng)Ti3C2Tx/Ni復(fù)合材料與石蠟等質(zhì)量混合后，厚度為1.5 mm時(shí)最佳反射損耗達(dá)-47.06 dB，有效吸波帶寬為3.6 GHz（10.8～14.4 GHz），相對(duì)于同填料加載比的石墨/TiC/Ti3C2Tx介電復(fù)合材料，帶寬增加了0.8 GHz，吸波強(qiáng)度增加2.06 GHz，且厚度較薄[40]。通過(guò)改變Ti3C2Tx與Ni的質(zhì)量比和材料厚度，還可以獲得更優(yōu)的反射損耗（-52.6 dB），與幾乎覆蓋71%的X波段的有效吸波帶寬[29]。

Zhou等[29]在肼存在的情況下對(duì)Co2+、Fe2+原位還原，制備了夾芯式的CoFe/Ti3C2Tx復(fù)合材料，得到最小反射損耗為-36.29 dB，且CoFe/Ti3C2Tx涂層具有良好的散熱能力，可使涂層產(chǎn)生的熱量迅速擴(kuò)散到空氣中，從而提高了吸收效率。類似地，He等[20]采用原位水熱法制備了磁性FeCo修飾Ti3C2Tx的復(fù)合材料，也表明了優(yōu)異的微波吸收性能。通過(guò)調(diào)整磁性納米粒子的尺寸與Ti3C2Tx納米片的比例來(lái)調(diào)節(jié)復(fù)合材料的吸波強(qiáng)度與帶寬，雖然與石蠟以相同質(zhì)量比混合后最佳反射損耗不及單一的Nb2CT[41]x，但是帶寬拓寬了4.87 GHz。Ti3C2Tx的介電損耗加上磁性金屬的磁損耗增強(qiáng)了阻抗匹配，且層狀結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了電磁波的多次反射和散射，實(shí)現(xiàn)在更寬的頻帶內(nèi)對(duì)電磁波的有效吸收，可應(yīng)用范圍更為廣泛。Ti3C2Tx與磁性金屬及其合金復(fù)合的電磁參數(shù)如表2所示。

3.3 Ti3C2Tx/磁性材料衍生物復(fù)合吸波材料

雖然Ti3C2Tx在高溫及潮濕環(huán)境中易氧化，但其氧化產(chǎn)物TiO2介電常數(shù)低，可以用于調(diào)節(jié)阻抗匹配，并且氧化后保持的層狀結(jié)構(gòu)有利于磁性粒子的依附與均勻分布。因此，利用Ti3C2Tx與磁性材料氧化生成的衍生物也可具備優(yōu)異的吸波性能。金屬有機(jī)框架材料（metal-organic frameworks，MOFs）是由無(wú)機(jī)金屬中心與橋連的有機(jī)配體通過(guò)自組裝形成的一類具有周期性結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料，其在具有多樣性、多孔性及超高比表面積的優(yōu)異特性，兼有無(wú)機(jī)材料的剛性和有機(jī)材料的柔性特征，廣泛應(yīng)用于催化、儲(chǔ)能等領(lǐng)域[42-43]。Deng等[44]以Ti3C2Tx-MOFs雜化產(chǎn)物為原料，制備層狀Fe/TiO2/C納米復(fù)合材料，F(xiàn)e和TiO2納米顆粒置于C層之間，厚度為3.0 mm時(shí)其最大反射損耗可達(dá)到-51.8 dB（6.6 GHz處）。Liao等[7]從Ti3C2Tx/Co-MOF衍生出新型的層壓Co/TiO2-C雜化物，當(dāng)厚度為3.0 mm時(shí)在9.0 GHz時(shí)最小反射損耗為-41.4 dB，有效帶寬為3.04 GHz（7.24～10.28 GHz）。以Ti3C2Tx-MOFs為基底，經(jīng)高溫氧化制備的層狀磁性材料/TiO2/C復(fù)合材料，金屬單質(zhì)和TiO2納米顆粒在碳層表面均勻分布，改善了Ti3C2Tx氧化產(chǎn)物在片層的堆聚，同時(shí)帶來(lái)由渦流效應(yīng)引發(fā)的磁損耗，更好地發(fā)揮了介電和磁損耗的協(xié)同效應(yīng)。在低介電常數(shù)和高磁導(dǎo)率材料的雙重平衡下，復(fù)合材料阻抗匹配得到顯著優(yōu)化，吸波性能隨之提高。

3.4 Ti3C2Tx和磁性材料復(fù)合的吸波材料的吸波機(jī)理

相較于單一Ti3C2Tx，Ti3C2Tx與磁性材料復(fù)合后同時(shí)具備介電損耗與磁損耗機(jī)制，經(jīng)過(guò)調(diào)控材料的復(fù)合比例或者形貌可以制備出阻抗匹配好及吸收能力強(qiáng)的吸波材料，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻響特性的可調(diào)性。由于Ti3C2Tx具有天然的二維層狀結(jié)構(gòu)，在加入磁性粒子之后產(chǎn)生更多的界面，電磁波不僅可以在多層界面內(nèi)多次反射達(dá)到衰減電磁波的目的，而且也可以顯著增強(qiáng)材料的界面極化。復(fù)合材料表面許多缺陷和官能團(tuán)導(dǎo)致電子在空間分布不對(duì)稱，形成偶極矩，在交變電磁場(chǎng)下這些偶極子可以被極化，從而導(dǎo)致電磁波能量被衰減，即產(chǎn)生更多偶極極化。磁性材料的磁損耗機(jī)制主要有磁滯效應(yīng)、渦流效應(yīng)和疇壁共振等，均為交變磁場(chǎng)作用下引起的能量衰減，電磁波在復(fù)合材料表面及內(nèi)部的損耗機(jī)理如圖2[20，23，26，29，36]所示。

碳基和磁性粒子之間的界面可以認(rèn)為是電阻器-電容器的電路模型，這和Ti3C2Tx及其導(dǎo)電復(fù)合材料界面間的電容器-電容器的電路模型完全不同，電荷載流子在非均質(zhì)界面移動(dòng)時(shí)會(huì)削弱入射電磁波的功率，從而達(dá)到電磁波衰減的目的。另外，粒子之間存在的電子遷移過(guò)程在電磁能量衰減中也起著重要作用，形成的感應(yīng)微電流也對(duì)導(dǎo)電損耗有著積極的作用[6，24]。

4 結(jié) 語(yǔ)

由于Ti3C2Tx/磁性材料的介電損耗機(jī)制與磁損耗機(jī)制相互協(xié)同作用，阻抗匹配能力增強(qiáng)，復(fù)合材料的吸波性能也顯著提升，有效吸收帶寬得到拓寬。大部分磁性復(fù)合材料的吸波性能在高頻下更為明顯，但是部分鐵氧體與Ti3C2Tx結(jié)合后，復(fù)合吸波劑的最佳反射損耗相較于純Ti3C2Tx向低頻移動(dòng)，且相較于Ti3C2Tx/導(dǎo)電聚合物等無(wú)磁性復(fù)合吸波材料，可在6 GHz以下的低頻實(shí)現(xiàn)有效吸收。所以，磁性材料對(duì)Ti3C2Tx的修飾不僅可以改善吸波性能、增強(qiáng)阻抗匹配能力，而且在經(jīng)過(guò)優(yōu)選磁性材料和調(diào)整混合比例后，可制備出在低頻下吸波性能良好的吸波劑，為6 GHz以下及MHz的吸波劑研究提供思路。

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