活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　通过水热法合成了在低频范围内具有良好电磁波吸收性能的活性炭复合材料。通过XRD，VSM，SEM和TEM分别对制备的活性炭复合材料的晶体结构，微观结构，磁化性能，频率依赖性电磁性能和微波吸收性能进行了表征。结果表明，复合材料的电磁波吸收性能可通过添加活性炭来调节。

　　如今，随着现代雷达和电子设备的快速发展，人们越来越关注GHz范围内的电磁波吸收材料。但是，特别是今天使用的雷达的探测频段位于S波段的低频范围内，许多天基雷达的工作频率范围迄今已扩展到1.2 GHz。此外，日常生活中使用的电子设备的辐射频率范围集中在低频带。然而，现有的对电磁波吸收材料的研究主要集中在2-18GHz范围，并且这些材料的微波吸收在低频电磁波区域中非常差，特别是在1-2GHz的范围内。这对于在低频带中具有良好吸收能力的材料的设计和开发提出了重大挑战。

　　在以前的研究中，已经广泛研究了各种类型的碳材料，例如碳质三元复合材料，石墨烯(氧化石墨烯)和碳纤维，而活性炭的微波吸收性能很少有人研究过。我们发现活性炭由于其结构松散，在许多领域也是一种有利的载体。此外，作为一种磁性铁氧体，Fe 3 O 4由于其高磁损耗和居里温度而被广泛用于吸收电磁波。然而，磁导率的虚部是在纯Fe 3 O 4比介电常数大得多的颗粒，这导致相对较差阻抗匹配。因此，活性炭结合Fe 3 O 4的颗粒可能是改善其电磁波吸收性能的有希望的途径。

　　因此，由于其材料优异的介电性能，在本研究中使用活性炭作为介电吸收剂载体与Fe 3 O 4纳米颗粒的复合。由于其高效和方便，通过水热法合成了所制备的活性炭复合材料，下面我们来介绍活性炭的制造方法。

　　活性炭与Fe 3 O 4复合材料的合成

　　我们通过水热合成法制备在活性炭上涂覆Fe 3 O 4纳米颗粒。使用氯化铁六水合物加入到乙二醇中以形成澄清溶液。然后，在连续搅拌和超声分散30分钟的同时，将三水合乙酸钠和不同量的活性炭连续加入上述溶液中。随后，将所得混合溶液直接密封在特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，并将温度保持在200℃下12小时。将高压釜冷却至室温后，使用磁铁将沉淀物与溶液分离。然后，将所制备的黑色产物依次用蒸馏水和乙醇洗涤三次，并在50℃下干燥6小时获得活性炭复合材料。所有化学品均为分析纯，无需进一步纯化即可使用，获得了实验材料那下面我们开始实验吧。

　　实验结果分析

　　使用XRD衍射仪测量活性炭复合物的晶体结构。图1显示了所制备样品的衍射图案。在2的特征衍射峰θ= 31.24°，36.82°，44.76°，55.62°，59.30°和65.19°的与(220)，(311)，(400)，(422)，(511)和(440)Fe 3 O 4平面一致。此外，在约2峰值θ=26.20°被分配给蓬松结构化活性炭。观察到Fe 3 O 4衍射峰的强度随着Fe 3 O 4纳米颗粒负载量的增加而增强，并且活性炭的强度在相同的过程中减少。上述现象表明Fe 3 O 4纳米颗粒可以成功地引入蓬松结构的活性炭上。

　　图1：活性炭吸收复合材料的X射线衍射图。

　　图2显示了活性炭，纳米离子和活性炭的微观结构。结果表明，活性炭的尺寸远大于通过水热合成法制备纳米颗粒的尺寸，活性炭的表面相对不规则。细纳米颗粒呈现球状结构，并且它们中的许多通过彼此凝聚而形成多孔结构。

　　图2：活性炭，活性炭复合材料，Fe 3 O 4纳米颗粒的SEM图像与宏观图。

　　活性炭复合物的TEM图像和相应的元素分布示于图5中。如图，所制备的活性炭均接近球形，粒径主要集中在约250nm。从图3(b)中的HR-TEM图像可以清楚地观察到单个Fe 3 O 4纳米颗粒的良好晶粒取向，并且该区域中的SAED图案也显示出Fe 3 O 4的结晶特征。如图3(c-f)所示，其中可以清楚地观察到复合材料由Fe，O和C元素。C的分布区域明显大于Fe和O的相应区域，表明铁纳米颗粒分布在活性炭的表面上。因此，结合XRD，VSM和SEM结果，我们可以得出结论，Fe 3 O 4 纳米颗粒紧密粘附在活性炭的表面上。

　　图3：活性炭复合物的TEM图像(a)，HR-TEM图像(b)和相应的元素映射图像(c-f)。

　　此外，研究了活性炭复合材料的电磁波吸收性能。图4显示复介电常数和导磁率，这些电磁参数对于确定微波吸收复合材料的介电和磁损耗非常重要，并且在吸收过程中电磁波的传输和反射也受它们的影响。从图6(a)和(b)中，可以观察到，所有样品的介电常数的实部与增加频率。图6(c)和(d)显示了磁导率的实部和虚部作为频率的函数。观察到当活性炭的负载量低时，渗透率的实部仅略微增加。

　　图4：活性炭复合材料的复磁导率的实部和虚部。

　　最后总结，通过水热合成法合成活性炭与Fe 3 O 4的复合材料，以及对活性炭材料在0.5-3 GHz的低频带的电磁波吸收性能也进行了研究。介电和磁损均有助于活性炭的电磁波吸收性能，Fe 3 O 4纳米颗粒在活性炭上的负载量可以改变其电磁波吸收性能。本研究提出了一种制备低频带性能良好的电磁波吸收复合材料的简便方法，并提出活性炭复合材料是0.5-3 GHz低频段电磁波吸收的有希望的候选材料。

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