活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　随着电子技术的飞速发展，电磁干扰已成为继水污染，大气污染和噪声污染之后的第四大污染类型，并可能影响生物生活。同时，电磁波的泄漏也会影响电子设备的正常运行，造成严重的损失。研发活性炭电磁屏蔽材料对提高生活质量和电磁工业生产具有重要意义，我们使用原位还原法制备活性炭载铁的复合纤维材料。所得活性炭在室温下表现出超顺磁性。使用拱形法测量活性炭在8.2-18GHz频率范围内吸收电磁波的效果。

　　通常，由于磁性粒子颗粒的高度复杂的磁导率可用于吸收电磁波。然而，它们的高密度和窄吸收带限制了它们的适用性。电磁波损耗使得总损耗由磁损耗和电损耗决定。将磁性材料与电介质结合不仅可以减轻重量，还可以通过阻抗匹配实现更好的微波吸收。活性炭是一种介电损耗材料，碳含量大于95%。与磁性金属材料相比，活性炭具有低密度和低热膨胀系数的优点，以及高频电磁波的良好吸收性。然而，并非每种类型的活性炭都可用作微波吸收材料，这取决于活性炭的导电性。过高的导电性导致活性炭反射电磁波，这强烈地影响它们吸收微波的能力。因此，只有经过特殊处理的活性炭才能用于吸收微波。由于复合材料内部的多次反射和较长的传播距离，使用活性炭是增加电磁波吸收的方法之一。

　　我们通过在活性炭上涂覆Fe3 O4磁性颗粒，制备了一种轻质纤维复合材料，能够在宽带上吸收电磁波。使用原位还原法施加Fe3 O4磁性颗粒，并且使用拱形法研究在8.2-18GHz的频率范围内活性炭和活性炭/ Fe3 O4纤维的反射率。

　　活性炭吸收电磁波性能测试

　　采用拱形法研究了电磁波吸收性能。测试装置在图1中示意性地示出。矢量网络分析仪与接收和发射天线相连，其中一个具有增强和发射频率电磁波的功能，另一个具有接收反射信号的功能。根据反馈信号强度，活性炭载铁复合纤维材料的尺寸为180×180mm，厚度为2mm。

　　图1：拱法电磁波吸收试验装置。

　　活性炭的相组成和形态

　　通过FESEM表征活性炭和载铁活性炭的微观结构。图2(a)显示活性炭的SEM图像。活性炭的表面相对光滑，表面上没有表明残留杂质的颗粒。图2(b)和(c)显示了不同放大倍数下载铁活性炭的SEM图像。大多数Fe3 O4颗粒均匀分布在活性炭表面上。Fe3 O4颗粒的形状是不规则的，而它们的尺寸在15-60nm的范围内，这对应于从XRD图案计算的颗粒尺寸。图2(d)显示，所制备的载体活性炭易于弯曲，表明处理后具有良好的柔韧性。

　　图2：活性炭复合材料纤维的SEM和实物图。

　　磁和电磁波吸收特性

　　活性炭复合纤维材料在室温下-20000至20000 Oe范围内的磁滞回线在图3显示，其形状是典型的S曲线，对应于超顺磁行为。包括饱和磁化强度Ms，磁矫顽力HC和剩余磁化强度Mr的磁特性。活性炭复合材料的Ms低于块状Fe3 O4，这可以通过活性炭载入Fe3O4纳米粒子来解释，这与发现的结果非常一致。

　　图3：室温下活性炭载铁复合纤维材料的磁滞回线。

　　拱形法是一种简单实用的方法，利用该方法可以精确测量微波吸收材料的反射率而不破坏其结构。由于活性炭制成的纤维是具有相对高电阻的非金属导电纤维材料，因此可以将其视为电磁场中的谐振子，其与入射电磁波共振以形成耗散电流。这种产生的光电流最终在材料系统中消耗。活性炭也可以在电磁场的作用下被视为偶极子。活性炭的表面极化进一步消散和衰减光电流，在周围基质的作用下将电磁能转换为其他形式的能量。在加载Fe3 O4纳米粒子后，活性炭的吸收性能大大提高。这种增强的性能主要归因于纳米Fe3 O4的独特电磁性质。附着的Fe3 O4具有磁滞损耗，自然谐振和电磁波交换共振的功能，导致电磁波的显着衰减。此外，磁性纳米粒子增加了与电磁波的有效接触界面，大大增强了界面极化效应。因此，复合材料的增强吸收性能是由于电损耗活性炭和磁损耗Fe 3 O 4的协同效应。

　　结论，我们使用原位还原法成功制备了活性炭载铁复合纤维材料。Fe 3 O 4是纳米颗粒的形式，其均匀地分散在活性炭的表面上并且在室温下表现出超顺磁性。活性炭对微波反射效果一般，但是也能有效吸收带宽。相比之下活性炭载铁复合材料表现出极大改善的微波吸收，这些性质表明活性炭载铁复合千万在吸收材料和电磁屏蔽领域具有广泛的适用性。

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