導電聚合物/磁性粒子復合吸波材料的研究進展

劉凡 趙曉明 鄭煜昊 趙潤德

摘 要：隨著電子設備和無線網絡的普及，電磁波作為傳播載體給人們帶來便利的同時也造成了污染問題。由于電磁波具有可吸收特性，為有效地減少電磁波對環境的二次污染，各種吸波材料應運而生。導電聚合物具有密度低、導電性可調的優點，磁性粒子在較高頻段能保持良好的磁損耗，因此這兩種材料在材料吸波性能研究領域中得到了廣泛的應用。本文對吸波材料的定義、機理及分類進行了簡要論述，對導電聚合物和磁性粒子的性能特點以及在材料吸波性能研究領域的研究進展進行了介紹。由于導電聚合物與磁性粒子具有協同作用，因此同時含有這兩種材料的吸波材料會兼具電損耗和磁損耗特性，進而改善了材料原有的吸波性能。還對導電聚合物/磁性粒子復合吸波材料的研究現狀和存在的問題進行了介紹，并對其未來發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：吸波材料;吸收機理;導電聚合物;磁性粒子;復合材料

中圖分類號： TB34

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）06-0007-12

收稿日期：2020-07-02 網絡首發日期：2020-11-12

基金項目：天津市高等學校基本科研業務資助項目（TJPU2K20170105）;天津市教委科研計劃項目（2017KJ070）;天津市科委科技特派員項目（18JCTPJC62500）;天津市自然科學基金項目（18JCYBJC86600）;天津市自然科學基金重點項目（18JCZDJC99900）;中國博士后科學基金特別資助項目（2019TQ0181）;中國博士后科學基金資助項目（2019M661030）;天津市研究生科研創新項目（2019YJSS018）

作者簡介：劉凡（1995-），女，山東濱州人，碩士研究生，主要從事電磁防護材料方面的研究。

通信作者：趙曉明，E-mail：tex_zhao@163.com

Research Progress of the Composite Wave-absorbing Material ofConductive Polymer/Magnetic Particle

LIU Fan， ZHAO Xiaoming， ZHENG Yuhao， ZHAO Runde

（College of Textile Science and Engineering， Tiangong University， Tianjin 300387， China）

Abstract： With the popularization of electronic equipment and wireless network， electromagnetic waves， as a carrier of transmission， have not only brought convenience， but also triggered pollution problems to human society. Various absorbing materials have been developed， owing to the absorbing properties of electromagnetic waves， and their ability to effectively reducing the secondary pollution of electromagnetic waves to the environment. Conductive polymers have the advantages of low density and adjustable conductivity， and magnetic particles can maintain good magnetic loss in a high frequency band， so these two kinds of materials have been widely used in the research of absorbing properties of materials. In this paper， the definition， mechanism and classification of absorbing materials are briefly discussed， the properties of the conductive polymers and magnetic particles， as well as the research progress in the field of absorbing properties of materials are introduced. Due to the synergistic effect between conductive polymer and magnetic particles， an absorbing material containing these two kinds of materials will have both electrical and magnetic loss characteristics， which improves the original absorbing properties of materials. In this paper， the research status and existing problems of the composite absorbing material of conductive polymer/magnetic particles and its future development trend is also prospected.

Key words： absorbing material; absorption mechanism; conductive polymer; magnetic particles; composite material

隨著微波技術的發展和電子產品的普及，電磁波在為人們的生活帶來極大便利的同時產生的電磁干擾（EMI）已經成為一個日益嚴重的問題，是繼大氣污染、水污染和噪聲污染之后的第四大污染[1]。電磁污染不僅會危害人體健康[2-5]，還會影響電子設備的正常運行[6-7]。

吸波材料作為防護電磁干擾的有效手段之一被廣泛應用于軍事和民用領域。在軍事方面，早在第二次世界大戰期間吸波材料已經被用于飛機、艦船等大型武器的安全防護中，隨著現代傳感技術飛速發展以及雷達探測技術日益成熟，隱身性已成為當今武器設計中的一項重要指標，吸波材料可以在一定程度上降低雷達探測信號強度，達到目標隱身的效果[8]。在民用方面，吸波材料不僅可用于制造防護服等來保護人體免受電磁波的輻射還可在公共場所的建筑材料中使用，大大降低人群密集處的電磁輻射[9]。

理想的吸波材料應該滿足4個基本要求[10-11]：頻帶寬、匹配厚度薄、質量輕、吸收能力強。傳統的吸波材料如金屬、鐵氧體等受限于其高密度，有效吸收帶寬窄，穩定性差等缺陷，而新型吸波材料例如碳系材料[12]、導電聚合物[13]、前驅體陶瓷[14]、3D結構復合物[15]等具有優良的微波吸收特性、阻抗匹配特性及低密度等優勢[16-17]近年來在吸波領域應用廣泛。本文首先簡要闡述了吸波材料的定義、機理及分類，然后介紹了導電聚合物及磁性粒子的性能特點和在吸波領域的研究現狀，還介紹了導電聚合物/磁性粒子復合吸波材料的研究現狀、存在的問題并展望了其未來發展趨勢。

1 吸波材料

1.1 吸波材料的吸收機制

吸波材料是指具有衰減電磁波能力的材料，可以將投射到其表面的電磁波通過介電損耗、磁損耗等作用把電磁波能量轉化為熱能或者其他形式能量。

吸波材料的成分和內部微觀結構與電磁波能量衰減有著密切的聯系，為了得到符合要求的吸波材料需要滿足以下兩個要求：第一電磁波應該可以較易進入材料的內部并被消耗，減少其在材料表面的反射，提高材料的阻抗匹配;第二電磁波在進入材料內部后可以及時被消耗，減少二次反射和透射，提高其損耗能力。

根據麥克斯韋電磁波理論，電磁波在無限介質中傳播時的阻抗為[18-22]：

當電磁波從真空入射到介質材料表面時，分為反射微波和透射微波，該介質的反射率為：

式中：Z表示介質的波阻抗;Z0表示真空的波阻抗;ε、μ為介電常數和磁導率。

從式（2）中可知，當Z=Z0即R=0，即介質與真空波阻抗達到最佳匹配，入射微波完全進入材料內部無反射微波，即：

由于真空中的介電常數ε0和磁導率μ0都為1，μ=ε介質的介電常數也需要等于磁導率，才能實現電磁波完全沒有反射全部被吸收的結果，但現實中并不存在此類吸波材料，所以研究人員一般通過調節吸波材料的介電常數和磁導率的相對大小使其盡量滿足阻抗匹配條件。

介質材料的介電常數ε和磁導率μ為復數形式：

式中：實部ε′和μ′代表材料對電能和磁化能的儲能容量，虛部ε″和μ″表示材料對電磁波的損耗能力。

電磁波在材料中傳播時會引起介質的極化弛豫損耗和共振吸收，將電磁波能量吸收衰減進而轉化成熱能的形式發散掉。電磁波吸收材料內部的電偶極矩和磁偶極矩在外加電場或磁場條件下發生了位移，宏觀上表現為極化、磁化現象通過分子的運動把電磁波能量轉化為其他能量而消耗掉[23]。電損耗型吸波材料對于電磁波能量的吸收是由于極化過程中的電介質損耗，即由介電常數中的虛部ε″引起;磁損耗型吸波材料對于電磁波能量的吸收是由于磁化過程中磁介質損耗，即由磁導率的虛部μ″所致。電磁波在材料中的衰減系數表示為[24]：

（6）

ε″和μ″的大小對材料的電磁波吸收能力起決定性作用，從式（6）可知衰減系數α與材料的介電損耗和磁損耗有關，通過增大吸波材料的ε″和μ″可以提高其電磁波吸收能力。材料的介電損耗和磁損耗越大則衰減系數越大，說明電磁波傳輸時被衰減的越迅速。

1.2 吸波材料的分類

根據不同的分類標準可以將微波吸收材料分為不同大類，根據微波損耗機制分類可以將微波吸收材料分為：介電損耗型材料、磁損耗型材料、電阻損耗型材料。

根據材料成型工藝和承載能力分類可將微波吸收材料分為涂覆型吸波材料和結構型吸波材料。涂覆型吸波材料[25]對目標物的外形適應性強且制備方法簡單，但由于直接涂覆在目標物的外層接觸外界環境，所以要求材料穩定性好。結構型吸波材料具有質輕高強的特點，常見的高效吸波結構主要有層板結構吸波體、夾層結構吸波體、超材料吸波體等[26]，結構型吸波材料既可以作為結構承載件，又能對電磁波起到吸收作用。其中層板結構吸波材料研究最多，主要由透射層、吸收層、反射層[27]構成，結構剖析圖如圖1所示。

根據吸波原理分類可以將微波吸收材料分為吸收型材料和干涉型材料。吸收型材料能直接吸收并損耗電磁波，吸收性能與材料本身的介電性能與磁性能有關。

干涉型材料利用吸收層在表層與底層發生反射的兩列反射波振幅相等相位相反原理發生干涉相消而形成微波吸收，遵從1/4波長匹配模型[28]。目前干涉吸波材料分為Fess吸波材料、Jauman吸波材料、一般干涉吸波材料3種基本類型。介質滿足式（7）[29]：

式中：n=1，2，3…n;c為真空中光速;fm為外加電磁場振動頻率;μr為磁導率;εr為介電常數;tm為滿足干涉條件的介質厚度。

按照不同的研究時期可分為傳統吸波材料和新型吸波材料[30-31]。傳統吸波材料主要有鐵氧體、陶瓷基材料、鈦酸鋇等，大多存在吸收頻帶窄、密度大等缺點;納米材料、多晶鐵纖維、等離子隱身材料、手性材料、導電高聚物材料等屬于新型吸波材料，與傳統吸波材料相比新型吸波材料更符合薄、輕、寬、強等要求。

2 導電聚合物與磁性粒子簡介

2.1 導電聚合物

導電聚合物材料可分為結構型和復合型兩大類。結構型導電聚合物是指聚合物本身具有導電能力或經摻雜處理后有導電能力的聚合物材料;復合型導電聚合物又被稱為導電聚合物復合材料，是指以通用聚合物為基體通過與各種導電性物質復合后生成的既有導電性又具有良好力學性能的多相復合材料[32]。

導電聚合物通常具有共軛大π體系可以通過化學或電化學方法摻雜改變其導電率以達到吸收電磁波的目的，經摻雜后的導電高分子鏈上存在自由基，高分子的導電性就來自這類偶極子的躍遷。導電高分子的導電性具有可調性，其導電范圍可從絕緣體到半導體甚至到金屬導體，且不同的電導率會呈現出不同的吸波性能[33]。目前在吸波領域應用較為廣泛的導電聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物等，這些聚合物的分子結構示意如圖2所示。

2.2 磁性粒子

磁性材料具有較高的磁損耗、較強的微波吸收效率，國內外對鐵氧體和金屬微粒等傳統磁性粒子的研究時間較早，研究理論也較為全面。磁性金屬具有高飽和強度和居里溫度，但受Snoek極限的限制，在高頻段范圍內磁介質的磁導率迅速下降[34]，導致衰減電磁波的能力下降。

2.2.1 鐵氧體

從20世紀40年代開始，國內外的學者們就開始研究鐵氧體吸波材料，并且很快得到了推廣。鐵

氧體是指由氧元素和鐵元素按一定比例組成的化合物，具有優異的磁性能。

鐵氧體根據結構不同可以分為尖晶石型[35-36]、石榴石型[37]、磁鉛石型[38]，其結構如圖3所示。磁鉛石型鐵氧體具有各向異性和自然共振，其磁損耗性能相較于其他兩種類型最為優異，但存在吸波頻帶窄、抗氧化性差、密度大等不足。研究人員通過探索不同的合成方法來制備不同結構、性能的鐵氧體材料，目前較為常用的方法有化學共沉淀法、磁控濺射法、靜電紡絲法、溶膠凝膠法[39]等。

2.2.1.1 多孔空心結構

將致密的鐵氧體材料制成多孔型材料可以減小材料的密度，實現吸波材料質輕的要求，鐵氧體內部具有多孔結構會改變疇壁面積從而引起疇壁能量變化，對疇壁位移產生阻力，進一步引起較大的磁損耗[40-41]。高海濤等[42]采用自反應噴射成形法以Fe、MnO2、Fe2O3和ZnO為反應體系制備了Mn-Zn鐵氧體多孔微球，微球表面粗糙且布滿微孔內部為空心結構如圖4所示。經計算材料的密度明顯下降，測試其吸波性能結果表明：在頻率為13 GHz時，最小反射損耗可達-16 dB，在10～14 GHz范圍內反射損耗均低于-8 dB，在中頻波段具有較好的吸波能力。Mn-Zn鐵氧體多孔微珠材料具有獨特的空心多孔的結構特點可以有效降低材料的密度使其與空氣的相對體積分數升高，提高材料的阻抗匹配從而大幅衰減電磁波的能量;同時空心多孔結構使材料的密度減小，可實現吸波材料質輕的要求。

2.2.1.2 核殼結構

單一鐵氧體的低介電常數和較窄的吸收帶寬在一定程度上限制了其微波吸收能力，以磁性材料為芯體介電材料為殼體構建核殼材料使材料兼具介電損耗和磁損耗獲得良好的阻抗匹配從而提升其吸波能力[43-44]。Meng等[45]采用水熱法制備了BaFe12O9@MoS2核殼結構吸波材料，其流程如圖5所示。測試其電磁性能可知當材料厚度為1.7mm時最小反射損耗可達-61 dB，可以吸收絕大部分入射電磁波，有效吸收帶寬為4.4 GHz。其微波吸收機理如圖6所示，MoS2層狀結構具有較高的比表面積可以形成多個散射點，使入射電磁波產生多次散射增強對電磁波的衰減;MoS2與BaFe12O9形成核殼結構在一定程度上調整了BaFe12O9的復介電常數，改善材料的阻抗匹配，使得更多的電磁波可以進入到材料的內部，通過多重反射及散射將電磁波能量衰減吸收。

Meng等[46]采用溶液自蔓延燃燒法、熱處理法、酚醛聚合法和碳熱還原法制備了3D（Fe3O4/ZnO）@C雙芯核殼結構，合成流程如圖7所示。測試表明當材料厚度為2mm頻率為15.31 GHz時最小反射損耗達到-40 dB，有效吸收帶寬（RL≤-10dB）可達6.5 GHz，高效率吸波帶寬（RL≤-20dB）為3.4 GHz。吸波機理如圖8所示，首先材料具有良好的阻抗匹配條件允許更多的電磁波進入吸收體內部，從而提供了吸收的可能性;其次碳殼和氧化鋅磁芯引起介電損耗，而Fe3O4磁芯主要產生磁損耗改善材料的阻抗匹配;在電磁波輻照下碳殼表面的結構缺陷可以作為極化中心，在Fe3O4/C界面和ZnO/C界面處會發生界面極化和相對弛豫，C殼有利于提高納米復合材料的導電性從而促進納米復合材料的界面電荷的積累和極化過程;最后泡沫狀吸收體中的多孔結構為電磁波的散射和傳播提供了豐富的通道，增強了微波的衰減。

2.2.2 金屬微粉

磁性微粉作為吸波材料也得到了廣泛的研究，常見的磁性微粉吸波材料主要有Fe、Co、Ni等及其它們的合金。磁性微粉的居里溫度較高（770K），溫度穩定性較好，磁導率也較高有利于增強磁損耗，但是由于其容易被氧化和腐蝕經常與其他材料復合以提高其化學穩定性以及吸波能力[47-49]。

2.2.2.1羰基鐵粉

羰基鐵粉具有較高的居里溫度點（約770℃）、較好的熱穩定性、較強的磁損耗能力、價格低廉、制備方法簡單等優勢。相較于其他磁性材料其具有更大的飽和磁化強度值，Snoke極限位于更高的頻率因此羰基鐵更適合在較寬的頻率范圍內應用[50-51]。

Li等[52]采用超聲波化學鍍銅法在羰基鐵粉（CIP）上沉積銅顆粒制備了改性吸附劑，隨后，制備了含85%改性CIP的無紡布涂層吸波材料。與初始CIP相比，采用超聲化學鍍工藝處理CIP后改性CIP的復磁導率和介電常數均增大，材料厚度為2mm，頻率在8～ 12 GHz范圍內，最小反射損耗為-8.43 dB;當材料厚度為2.08mm，頻率為9.35 GHz時，最小反射損耗為-26 dB。在CIP上沉積的銅粒子與CIP之間的界面對提高微波性能有很大的貢獻，當銅顆粒在CIP上緊密排列時CIP表面的電磁特性發生變化在吸波材料中產生局部微小的導電電流造成電磁能量的損耗。

2.2.2.2 納米鎳粉

納米金屬鎳粉其尺寸較小、比表面積較大，在很多方面都顯示出優越于塊體材料的性能[53]。此外金屬鎳粉又具有優良的導電性能和磁學性能，被廣泛應用在磁流體[54-56]、高效催化劑[57]、高性能電極材料[58]及吸波材料等方面。Elkady等[59]以鋁作為基體，鎳和碳化硅顆粒作為增強體，采用兩種方法制備Al/Ni-SiC復合材料：第一種采用化學鍍的方法在SiC顆粒上鍍上納米Ni顆粒，然后與Al粉混合;第二種方法是將SiC與Ni混合，然后將合成的復合粉與Al混合。改變復合材料SiC-Ni的質量分數測試樣品微波吸收能力發現在鍍鋅樣品中，添加質量分數10%Ni-SiC的鋁樣品具有最佳的微波吸收值而在混合樣品中，含質量分數5%Ni-SiC的鋁樣品具有最佳的微波吸收。測試表明在頻率大約為10.45 GHz時，一些樣品吸收損耗提高了大約12 dB;在頻率約為約12.7 GHz時，一些樣品的吸收損耗提高了約17 dB。這可能是由于Ni-SiC在Al基體中分布良好沒有團聚Al和Ni-SiC粉末之間的良好混合增強了分布對微波吸收有積極的影響;用硬質陶瓷SiC顆粒增強鋁使顆粒尺寸最小化，這些顆粒充當內部球體減小顆粒尺寸并增加表面積，從而促進微波吸收，這種現象主要源于缺陷、空位和界面引起的極化損耗。

2.2.2.3 納米銅粉

納米銅粉的小尺寸效應、表面效應和量子隧道效應賦予了其在電學、磁學、力學等方向具有特殊的性質[60-62]，其導電性能與銀相近但價格低廉因此應用廣泛。Li等[63]采用化學鍍方法制備了在羰基鐵板上沉積銅顆粒的Fe/Cu復合材料，銅元素在保持鐵粉內部結構的同時，均勻地分布在片狀羰基鐵的晶界上。探究化學鍍時間對微波吸收性能的影響，結果表明隨著化學鍍時間的增加，反射損耗呈下降趨勢。隨著電鍍時間的增加，反射率損耗峰值從-32.2 dB降至-11.5 dB。有效吸收帶寬從7 GHz降低到1.3 GHz。由于銅在羰基鐵晶體結構上的生長沉積，極大地改善了內部缺陷，銅本身具有很高的介電性能，導致樣品介電常數的增加，隨著時間增加銅粒子難以附著且當銅粒子含量過高會造成材料的阻抗匹配性能下降導致其吸波能力下降。

3 導電聚合物/磁性粒子復合吸波材料

良好的微波吸收材料的性能主要取決于介電損耗和磁損耗的有效互補以及合理的結構參數設計。在已發現的吸波材料中鐵氧體、羰基鐵等傳統磁性金屬粒子具有相對較高的介電損耗和磁損耗[64]。目前磁性粒子研究中主要存在頻段窄、吸波性能不理想、比重大、密度大、穩定性差、填充率高等不足[65];導電聚合物基吸波材料以其合成簡單、質量輕、成本低等特點引起了人們的廣泛關注，但導電聚合物的微波損耗機制主要是介電損耗阻抗匹配性能較差，導電聚合物與磁性材料復合通過電磁性能之間的協調作用來降低材料的阻抗匹配從而表現出良好的微波吸收能力

3.1 鐵氧體/導電聚合物吸波材料

以磁性鐵氧體和導電聚合物為基體的各種復合材料，在有效結合磁損耗、介電損耗和界面損耗的同時，為提高吸收效率、拓寬吸收頻率范圍提供了良好的選擇[66-67]。

核殼結構材料是由化學鍵或其他相互作用包覆形成的有序組裝結構的復合材料。Liu等[68]采用原位聚合法制備了鋇鐵氧體（BaFe12O19）/聚苯胺（PANI）核殼納米復合材料，通過增加起始單體的含量來調整PANI層的殼厚，測試表明優化后的殼層為30～ 40 nm的核殼納米復合材料，材料厚度為2mm頻率為12.8 GHz時，材料的最小反射損耗為-28 dB，有效吸收帶寬為3.8 GHz（11.8～15.6 GHz）。鐵氧體納米顆粒表面涂覆聚苯胺殼層，獲得了較好的自由空間阻抗匹配特性，有效地利用了磁共振損耗、渦流損耗和電導損耗以及界面電阻損耗等共同作用，這些機制協同作用使材料能夠吸收更多的電磁波能量。

中空結構不但可以使材料具有更大的比表面積、更低的密度，而且它的內部空間可以容納大量的不同尺寸的客體分子[69]。Ji等[70]利用氫氟酸與γ-Fe2O3@SiO2@PEDOT核殼納米復合材料反應構建了中空的γ-Fe2O3@PEDOT核殼納米復合材料，其制備流程如圖9所示。在2～18 GHz的頻段范圍內測量材料的電磁參數和微波吸收性能，相比于γ-Fe2O3@SiO2@PEDOT核殼納米材料，中空的γ-Fe2O3@PEDOT核殼納米復合材料的微波吸收能力明顯改善，當頻率為12.9 GHz時最小反射損耗達到了-44.7 dB，有效吸收帶寬為4.3 GHz。當微波從空氣中穿過PEDOT層時PEDOT殼會產生介電損耗;其次入射微波在內空腔中發生多次反射和漫散射導致電磁能量衰減;另一方面，入射波穿透PEDOT層進入內部空心空間然后穿透Fe2O3孔進入空心空間，電磁能量的衰減是由PEDOT殼層的介電損耗、Fe2O3的磁損耗和空心核殼結構的協同作用引起的;此外空心、納米復合材料的尺寸效應可以提高其吸波性能，因此在空心核殼結構中通過多次反射和吸收有效地衰減電磁波。

Fe3O4和Fe2O3納米粒子具備優異的磁性能，但其耐腐蝕性和熱穩定性較差且在反應過程中易發生副反應，導致復合材料吸波性能變差[71]。Li等[72]選用兼具良好磁性、耐腐蝕性和熱穩定性的鎳鋅鐵氧體通過溶液-凝膠法制備了Ni0.7Zn0.3Fe2O4顆粒包覆的中空玻璃微球（HMG）復合材料，然后通過原位聚合法合成了三元復合材料（HMG/Ni0.7Zn0.3Fe2O4/PTh），其流程如圖10所示。測試結果表明HMG/Ni0.7Zn0.3Fe2O4/PTh的電導率和飽和磁化強度達到6.87 x 10-5 S/cm和11.627 emu/g。三元復合材料具有良好的微波吸收特性，在頻率為10.51 GHz時最小反射損耗可達-13.79 dB;在X波段（8.2～12.4 GHz）中，RL≤-10 dB的吸收帶寬可以達到2.6 GHz（9.4～12.0 GHz）。PTh增加了復合材料的介電損耗，使復合材料的阻抗匹配得到改善;另一方面，電磁波通過涂層后在中空玻璃微球中可以多次反射，并被Ni-Zn鐵氧體和PTh多次吸收。它加強了對進入介質的電磁波的吸收，避免了電磁波的二次反射;此外，磁滯損耗、空腔效應等也會引起電磁波衰減，進一步提高復合材料的微波吸收能力。

3.2 金屬微粉/導電聚合物吸波材料

3.2.1 羰基鐵粉/導電聚合物吸波材料

羰基鐵粉（CIP）是一種傳統的微波吸收材料，由于具有高的飽和磁化強度和磁損耗特性在電磁吸收領域得到了廣泛的應用，然而，CIP的高密度嚴重限制了其應用[73]。對羰基鐵進行改性，與導電聚合物進行復合改善材料的阻抗匹配使材料兼具介電損耗與磁損耗，從而提升材料的微波吸收能力。

Sui等[74]以多巴胺為媒介采用自組裝聚合法合成了新型三維羰基鐵/聚吡咯氣凝膠復合材料，制備流程如圖11所示[74]。使用矢量網絡分析儀對材料的電磁性能進行測試，當聚吡咯氣凝膠含量為33%，厚度為2.2mm頻率為12.2 GHz和14.2 GHz時，最小反射損耗的峰值分別為-38.9 dB和-39.5 dB，有效吸收帶寬可達6.1 GHz。界面極化和幾何效應是提高該材料吸波能力的關鍵，羰基鐵呈片狀，聚吡咯球狀氣凝膠沿羰基鐵邊緣生長形成3D網絡結構的同時將羰基鐵固定，在電場作用下，介質中的自由電荷移動，被羰基鐵片狀微粒結構與顆粒間的界面所捕獲，形成空間電荷的局部聚集，使介質中自由電荷分布不勻從而產生宏觀偶極矩現象從而衰減電磁波能量，且兩種粒子之間的協同和互補效應也發揮了一定作用。

Jafarian等[75]通過簡單的共混技術制備了一種新型輕量型微波吸收納米復合材料，該復合材料是由碳納米管修飾的羰基鐵和聚苯胺的空心微球組合而成，經多壁碳納米管修飾的中空羰基鐵與聚苯胺的重量比為2∶1。研究了材料在8.5～12.5 GHz頻段范圍內的介電常數、磁導率和微波吸收能力，當材料厚度為2mm頻率為11 GHz時，最小反射損耗為-25.5 dB，有效吸收帶寬為3.6 GHz。采用點蝕法制備中空羰基鐵，有效的點蝕可以很好的消除材料的趨膚效應，且由于球內表面的腐蝕可以實現電磁波多次反射，改善微波衰減能力，而與聚苯胺和多壁碳納米管進行復合，改善了材料的阻抗匹配使材料兼具介電損耗與磁損耗。

Rezazadeh等[76]研究了聚吡咯/硅橡膠填充納米碳和羰基鐵納米復合材料在X波段的電磁波吸收能力，聚吡咯與硅橡膠以10∶90的比例摻入得到PP-SR基體，在基體上負載納米碳和羰基鐵，測試其吸波能力，當材料厚度為1mm頻率為10.27 GHz時，最小反射損耗為-13 dB;PP-SR作為基體不僅提升了材料的吸波能力，還改善了材料的柔韌性、力學性能以及疏水性能。納米碳分散在PP-SR基體中，電荷在納米碳和橡膠之間的界面邊界上積累，這些聚集體在材料內部形成導電網絡導致了介電常數實部的單調增加，羰基鐵作為基體中的磁填充劑，可以有效抵消電磁波的磁分量。

3.2.2 納米鎳粉/導電聚合物吸波材料

鎳吸收劑密度高、介電損耗低，不能滿足阻抗匹配要求，限制了其在微波吸收領域的廣泛應用[77]。其與介電材料合成的核/殼納米結構材料由于能同時衰減微波的電能和磁能、豐富界面偶極子、突出自然共振，被認為是未來電磁波吸收材料的一個很好的候選材料。Li等[78]采用液相化學方法合成了核殼結構Ni/PANI和Ni/PS納米鏈以及Ni納米鏈，并在1～18 GHz頻率范圍內對其電磁特性進行了詳細的研究。結果表明Ni/PANI在X波段具有較大的阻抗匹配區，吸收層厚度小于3mm時有效吸收帶寬為4.5 GHz，當材料厚度為2.71mm時最小反射損耗可達-51.16 dB，而未經處理的聚苯胺僅在4 GHz處有一個-4.87dB的吸收峰[79]。聚合物殼層誘導的界面偶極極化對Ni納米鏈基吸收材料的介電調節起著重要作用，與極性自由基修飾的Ni界面相比質子化PANI殼層通過在核/殼界面上的電荷積累行為增強了界面極化大大提高了介電衰減。Wang等[80]采用三步合成法合成了三元混合物Ni@SnO2@PPy，SnO2和PPy均勻包裹了納米Ni顆粒。當頻率為5.6 GHz時核殼結構Ni@SnO2@PPy的電磁特性（RLmin=-30.1 dB）遠優于納米Ni顆粒（RLmin=-10.75 dB）和Ni@SnO2（RLmin=-13.8 dB），這主要歸因于阻抗匹配的改善和界面效應的增強。Ni@SnO2@PPy復合材料具有厚度薄、吸收強、帶寬寬等優點，是一種很有前途的微波吸收劑。

3.2.3 納米銅粉/導電聚合物吸波材料

將導電高聚物和磁性納米粒子復合，一方面納米顆粒的表面效應在改善體系磁性能的同時提高了材料的耐熱性與穩定性;另一方面，吸波體系中大多數基體是聚合物，聚合物包覆磁性粒子更有利于增強吸波劑的分散性及相容性。Jafarian等[81]通過將聚吡咯（PPy）沉淀在一種由銅和兩種不同的六種鐵氧體組成的混合物上，以一種有益的方式組合介電和鐵磁特性來調節吸收特性。研究了材料微波反射損耗，結果表明，未經摻雜的鐵氧體最小反射損耗均大于-10 dB;而經過銅粒子摻雜的鐵氧體RL≤-10 dB的帶寬為2.75 GHz，頻率約為10.15 GHz時RL僅為-17 dB，這意味著銅的存在有利于調節匹配頻率的位置，提高吸收材料的反射損耗和提高帶寬;在鐵氧體和銅上涂覆PPy后測試得到在頻率為10.8 GHz時最小反射損耗為-22 dB，有效吸收帶寬覆蓋了從9.6 GHz開始的所有X波段，并延伸到Ku波段，在銅和六鐵氧體混合物上涂覆PPy形成的核殼結構綜合了各成分的不同性質，使得多功能微波吸收材料兼具磁損耗與介電損耗，同時增強了顆粒間的界面極化作用從而獲得具有最好的微波吸收特性。

4 結 語

任何一種單一材料都無法獲得理想的吸波效果，研究人員積極探索復合吸波材料以期獲得性能更優異的吸波材料。目前主要還是利用磁性粒子特有的磁性能以及導電聚合物良好的介電性能相結合，制備復合材料，通過電損耗與磁損耗之間的協調作用來提高新型磁性粒子導電聚合物復合材料的吸波性能，探索低密、寬頻、強吸收、超薄的多功能高效吸波材料仍然是行業內研發的熱點。但是復合吸波材料的研究和制備中仍然存在幾個需要克服的難點：

a）磁性粒子/導電聚合物復合吸波材料仍存在吸波強度極限，吸收帶寬較窄，且大部分導磁材料的密度較大，會造成復合材料的克重較大。

b）制備過程復雜，難以通過簡便的方法大規模生產所研制的吸波材料。

c）目前吸波材料功能較為單一，難以隨著環境變化而做出相應的調整對環境的敏感度低，在變化環境中無法長時間保持吸波功能穩定，無法應用于多個領域。

磁性粒子/導電聚合物復合吸波材料未來的發展趨勢主要為以下幾個方面：

a）復合材料組分的多樣化，選擇多種功能的材料進行復合研發多組分吸波材料，使材料具有更強的吸收強度，更寬的吸收帶寬。

b）改善導磁材料微觀結構，在增加對電磁波衰減的同時，盡可能降低其密度。

c）探索集多功能于一體的吸波材料。吸波材料不應僅限于良好的電磁波吸收功能，還需要具備多功能一體化特點以及自適應功能的智能化特點，提高吸波材料在特殊環境下的吸波能力，如高溫、低溫環境，提升力學性能，耐高溫/低溫性能，研發新型輕質耐高溫吸波材料。

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