活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭载二硫化钼复合材料吸收微波

　　在寻找新型高性能微波吸收剂的过程中，二硫化钼已显示出作为微波吸收材料的前景，但其阻抗匹配差限制了其应用。活性炭存在的丰富孔隙促进了入射微波的多次反射和散射，在本文中，我们合成了活性炭载二硫化钼复合材料，并测试了其微波吸收性能。

　　活性炭载钼材料的合成

　　正如我们小组先前报道的那样，基于农业废物的活性炭通过简便的碳化方法合成，然后使用KOH进行活化。活性炭载二硫化钼复合材料是通过水热法制备的。钼酸钠和l-半胱氨酸溶解在30ml的去离子水中。在去离子水中的活性炭超声处理1小时后，将两种溶液混合，然后搅拌2小时以形成均匀的溶液。二氧化钼与活性炭的比率保持在1:0.5。通过向溶液中加入HCl将pH值降低到大约2。80毫升钼酸钠溶液，l-半胱氨酸，然后将活性炭转移到特氟龙衬里的不锈钢高压釜(100毫升)中，并在180℃下加热24小时。然后使用离心机用去离子水和乙醇洗涤制备的沉淀物直至达到中性pH。然后将洗涤过的样品在烘箱中在100℃下干燥过夜。将所得的复合物被命名为载钼活性炭，制备的说明在图1显示。

　　图1：活性炭载二硫化钼复合材料的制备示意图。

　　微波吸收测量

　　为了研究微波吸收特性，将载钼活性炭粉末和石蜡混合并在100℃下加热。然后使用模具将混合物压成环形。蜡中载钼活性炭的重量百分比是变化的，并测试了10%、20%、30%、40%和50%。因此，样品被命名为炭10、炭20、炭30、炭40和炭50，其中数字代表石蜡中载钼活性炭的负载重量百分比。

　　形态和结构分析

　　图2(a-d)中显示的FESEM图像描绘了二硫化钼颗粒在活性炭上的分布。由于活化过程在活性炭结构中形成的空隙和孔作为二硫化钼纳米颗粒的成核位点，因此纳米颗粒在孔内也是可见的图2(c、d)。大多数纳米粒子在60到80nm的范围内。TEM图像清楚地描绘了活性炭(图2e)以及纳米尺寸的二硫化钼颗粒的形成(图2f)。

　　图2：(a-d)FESEM图像，(e,f)TEM图像，(g)HRTEM图像和(h)载钼活性炭的SAED图案。

　　微波吸收特性

　　为了研究的吸收的微波吸收特性，这两个重要参数，即εr和μr从矢量网络分析仪获得。由于二硫化钼和活性炭都是非磁性材料，因此μr的值取为1。εr由两部分组成：介电常数的实部代表能量的储存，而虚部的介电常数介电常数表示能量耗散。所有样品的ε值随着频率的增加呈下降趋势，波动较小，如图3a所示。炭10、炭20、炭30、炭40和炭50的ε值分别在2.69-2.57、3.95-3.49、5.19-4.54、7.58-6.33和11.68-9.08的范围内。ε的值随着石蜡中载钼活性炭浓度的增加而增加，根据有效介质理论，并且石蜡中载钼活性炭的增加导致界面极化的增加。石蜡基质内的多个界面由活性炭的多孔结构和二硫化钼产生纳米粒子，放大界面极化。因此，随着填料二硫化钼负载的增加，ε的值将明显增加。

　　图3：(a)载钼活性炭-石蜡复合材料的相对复介电常数的实部和虚部，填充量从10%到50%不等。

　　与ε类似，图3b中描绘的ε值也显示出随着填料(载钼活性炭)负载增加而增加的趋势。这可以归因于活性炭含量的增加，这增加了样品的电导率。增加碳含量会降低吸收剂的电阻率，从而增加ε值。当载钼活性炭负载增加到10wt%以上时，在复介电常数中获得了几个弛豫峰。由于活性炭的加入导致电导率的增加导致额外电子的迁移，然后这些电子通过与晶格碰撞来转换电磁能量，导致高传导损耗。它还改进了阻抗匹配并减少了微波的表面反射，从而允许更多的微波进入吸收器。其次，石蜡中活性炭和二硫化钼的结合导致了多个界面，从而增加了界面极化。第三，由于活性炭中存在的孔和缺陷导致的不对称电荷分布导致偶极子的形成。在交变电磁场下，这些偶极子旋转以与电磁场对齐，从而将电磁能转化为热量。因此，可以得出结论，活性炭载二硫化钼具有用于微波吸收应用的潜力。

　　活性炭的加入在提高钼复合材料的微波吸收性能，并且发挥了关键作用。二硫化钼之间的协同作用是纳米颗粒和活性炭导致高阻抗匹配、多次反射和改进的衰减常数值，这有助于增强载钼活性炭的微波吸收特性。这些结果表明，载钼活性炭是一种用于实际应用的有前途的介电双波段微波吸收剂。

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