这篇研究文章介绍了一种基于多元素异质组分的
多孔结构纤维，用于优化电磁波吸收性能和自防腐性能。以下是文章的主要内容：
1. 研究背景
-
随着科技发展，5G时代到来，电磁污染问题日益严重，需要高效的电磁波吸收材料。传统金属吸收材料在高频率电磁波吸收方面存在局限，新型材料成为研究热点。
2. 材料制备
-
制备方法
-
采用静电纺丝技术、水热合成和高温催化方法制备一系列具有松叶状碳纳米管均匀分布的多孔纤维。
-
通过调整原料如三聚氰胺、乙酰丙酮钴等的用量，以及水热合成中NH₄F的含量，控制材料的组成和结构。
-
材料结构
-
制备了三种不同类型的纤维膜，分别为基于PAN添加三聚氰胺和乙酰丙酮钴的P3C系列、不含乙酰丙酮钴的P3系列和原始PAN纤维P系列，并在其基础上通过水热合成负载层状双氢氧化物（LDH），最后经高温处理得到最终产物。
.png)
3. 材料表征
-
X射线衍射（XRD）
-
对P3C、P3和P系列纤维膜制备的产物进行XRD分析，结果显示产物中存在Ni、Co、CrN等成分的特征峰，且不同系列产物的峰位和强度有所差异，表明材料的晶体结构和成分受到制备条件的影响。
-
扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）
-
SEM图像显示碳纳米管在碳纤维上的成功生长，且F离子的掺杂量影响碳纳米管的形态，较高掺杂量可形成更复杂的碳纳米管结构。TEM图像进一步证实了碳纳米管的均匀分布以及材料内部的晶格结构和缺陷情况，不同区域对应不同的晶格间距，表明存在多种组分形成的异质界面。
-
对P3C NiCrN12和P3C NiCrN2进行XPS测试，检测到C、N、Cr、Ni、Co、F等元素的存在，并分析了各元素的化学价态和化学环境，发现F离子掺杂量的变化会影响元素的结合能和电荷转移情况。
-
X射线光电子能谱（XPS）
4. 电磁波吸收性能
-
反射损耗（RL）
-
通过矢量网络分析仪测量复合材料在石蜡负载下的反射损耗，结果表明不同复合材料在不同厚度下具有不同的RL值。其中P3C NiCrN12表现最佳，在厚度为2.2 mm时最小反射损耗（RLmin）为 - 56.18 dB，在厚度为2.1 mm时最大有效吸收带宽（EABmax）为5.76 GHz。
-
介电损耗和磁损耗
-
通过分析相对复介电常数、相对复磁导率及其正切值，研究了材料的介电损耗和磁损耗机制。P3C NiCrN12的介电损耗正切值在0.38 - 0.62之间波动，表现出良好的介电损耗性能，同时材料的磁性颗粒也贡献了一定的磁损耗。
.png)
-
衰减常数和阻抗匹配
-
计算了衰减常数（α），P3C系列复合材料的衰减系数高于P3系列和P系列，其中P3C NiCrN12的衰减能力最强。阻抗匹配分析表明，P3C NiCrN12在0.8 - 1.2的阻抗匹配范围内具有最大的吸收带宽，有利于电磁波的进入和吸收。
.png)
-
Cole - Cole曲线
-
该系统的Cole - Cole曲线由半圆和不规则形状组成，表明材料中存在多种极化机制和损耗机制，如导电损耗、偶极极化等。
5. 防腐性能
-
将复合材料与环氧树脂混合涂覆在Q235钢板上，通过电化学测试研究其在海水溶液中的防腐性能。
-
电化学阻抗谱（EIS）结果显示，即使经过20天，涂层仍保持较高的阻抗值，优于未涂覆的Q235钢。Tafel曲线拟合得到的腐蚀电流密度（icorr）和腐蚀速率（v）表明，涂覆复合材料的Q235钢的腐蚀电流密度远低于未涂覆钢，腐蚀速率较低，证明复合材料具有良好的防腐性能。
6. 结论
-
本研究成功制备了一系列在碳纳米纤维上均匀生长碳纳米管的复合材料，通过引入介电和磁性组分优化了阻抗匹配，提高了电磁波吸收效率。P3C NiCrN12表现出优异的电磁波吸收性能和良好的防腐性能，为电磁波吸收体的进一步发展和设计提供了有价值的见解。
转自《石墨烯研究》公众号
