电磁可控高效新型Fe/C磁性复合微波吸收材料的研究

考虑到从纳米尺度上设计和控制海胆状Fe/C磁性复合粒子的组成和结构有可能赋予其特殊的电、磁功能，解决当前微波吸波材料存在成分和形貌单一、密度大、抗腐蚀性能差、成本高等问题，实现"薄、轻、宽、强"的吸波涂层材料的高要求。而有关海胆状Fe/C纳微米复合材料及其结构与性能之间关系的研究尚未见报道。为此，本项目提出以五羰基铁、乙炔等为原料建立海胆状Fe/C复合粒子的原位催化生长法和水热模板法制备技术；探索形成海胆状Fe/C复合粒子的微观过程与控制技术；揭示海胆状Fe/C复合粒子的结构对其静磁、微波电磁等性能的影响规律，阐明海胆状复合粒子与外加磁场和微波电磁场的相互作用机制。从而为进一步用它们制备"薄、轻、宽、强"的吸波涂层材料提供理论基础。该项目的研究对促进我国的经济和磁性材料产业的可持续发展，有效地防止电磁波污染，提高城镇居民的健康水平都具有十分重要的现实意义。

探索新的微波吸波机理、研制新型高效微波吸收剂是当今微波吸收材料发展的主流。针对传统磁性金属吸收剂因密度大、有效频带较窄、频散特性差等缺点难以满足"薄、轻、宽、强"吸波涂层材料的高要求，本项目从调控电磁参数和改善匹配特性入手设计了多孔、花状纳米结构以及异质结构等高效轻质微波吸波剂。首次建立了气泡诱导自组装、热分解-H2退火法、水热还原、热分解等多种合成方法，制备了Co3O4纳米管阵列，多孔Ni八面体，海绵状多孔铁氧体及其复合物，花状Co和C@Co，海胆状Fe3O4、蜈蚣状Fe/FeC3/MWCNTs，红毛丹状Ni/MWCNT，海胆状Fe/FexOy等多种材料。系统地阐明了形成纳米结构的微观过程与控制规律。深入地揭示了纳米粒子的结构、组成、相结构对电、静磁、微波电磁参数与吸收特性的影响规律，并获得"薄、轻、宽、强"吸波涂层材料。且相关工作在《Adv. Funct. Mater.》、《J. Mater. Chem.》、《J. Mater. Chem. A》、《J. Mater. Chem.B》、《Nanoscale》、《J. Alloy Compd.》、《Mater. Chem. Phys.》、《J. Mater. Res.》等国际权威刊物上已发表论文25篇，发明专利12项，其中授权6项。并被国内外权威期刊上的文献引用，SCI他引150多次，他引用总数200余次。单篇最高SCI他引次数47。培养研究生5名。国内外学者对我们材料的合成方法、材料性能及微波吸收机理给予了肯定的评价。与当前国内外同类课题研究相比：①所合成材料的工艺简单、可控性好、绿色无污染、成本低，可实现规模化生产；②电磁参数可控性好；③针对花形、多孔结构和异质结构吸波剂建立了新的微波吸收机制；④所获多孔、花形纳微结构以及异质杂化材料的微波吸收性能更优异。因此，该项目的研究既为多孔、花形结构和异质杂化材料的合成提供了有效的理论指导，也为改善传统的吸波材料的性能、设计和制备"薄、轻、宽、强"新型吸收涂层材料提供了科学依据。同时，所获新型吸收剂具有特殊纳微米结构的量子效应和小尺寸效应，而且具有密度小、化学稳定性好、成本低、分散性好、电磁波吸收效能高等特点，是一种理想的绿色环保产品。因此，这对减少日益严重的电磁污染和电磁干扰，防止信息泄露具有重要的民用、军用意义和学术价值。