α-Fesub2_subOsub3_sub_Fesub3_subOsub4_sub%40Tisub3_subCsub2_subTsubX_sub复合材料制备及吸波性能研究.pdf

Material Sciences 材料科学材料科学,2023,13(5),481-493 Published Online May 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/ms https:/doi.org/10.12677/ms.2023.135051 文章引用文章引用:邵德洋,王晓磊.-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料制备及吸波性能研究J.材料科学,2023,13(5):481-493.DOI:10.12677/ms.2023.135051 -Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料复合材料 制备及吸波性能研究制备及吸波性能研究 邵德洋，王晓磊邵德洋，王晓磊 沈阳工业大学环境与化学工程学院，辽宁 沈阳 收稿日期：2023年3月30日；录用日期：2023年5月23日；发布日期：2023年5月31日 摘摘 要要 不断增加的电磁波干扰辐射和污染正严重威胁着人类健康。鉴于这种情况，已经合成的各种吸波材料，不断增加的电磁波干扰辐射和污染正严重威胁着人类健康。鉴于这种情况，已经合成的各种吸波材料，虽然获得了良好的电磁波吸收性能，但集中研究在高频区，可调节性能差并且存在匹配厚度高、有效带虽然获得了良好的电磁波吸收性能，但集中研究在高频区，可调节性能差并且存在匹配厚度高、有效带宽窄缺等缺点，阻碍了实际应用，合理的微观结构设计和成分选择是实现高性能吸波材料的有效途径。宽窄缺等缺点，阻碍了实际应用，合理的微观结构设计和成分选择是实现高性能吸波材料的有效途径。本文采用本文采用LiF和和HCl刻蚀母相刻蚀母相Ti3AlC2制备了制备了Ti3C2TX，采用溶剂法通过控制醇水比得到不同，采用溶剂法通过控制醇水比得到不同-Fe2O3/Fe3O4比例的比例的-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料。复合材料。C-3样品表现出最佳的微波吸收性能，在样品表现出最佳的微波吸收性能，在2 mm的薄厚度情况的薄厚度情况下，拥有下，拥有33.86 dB的最小反射损耗，并且对应了的最小反射损耗，并且对应了4.2 GHz的有效吸收带宽，相对于的有效吸收带宽，相对于-Fe2O3Ti3C2TX复复合材料，合材料，-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料在低频率获得了复合材料在低频率获得了1.8 GHz带宽的有效吸收，最小反射损耗为带宽的有效吸收，最小反射损耗为33.6 dB，对应厚度为，对应厚度为5 mm。Fe3O4磁性粒子的引入不仅额外增加了异质界面，而且为复合材料提供了磁性粒子的引入不仅额外增加了异质界面，而且为复合材料提供了新的损耗方式，强化微波衰减能力，有效优化了新的损耗方式，强化微波衰减能力，有效优化了Ti3C2TX的吸波能力。的吸波能力。关键词关键词 Ti3C2TX，-Fe2O3，Fe3O4，复合吸波材料，复合吸波材料 Preparation and Microwave Absorbing Properties of-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX Composites Deyang Shao,Xiaolei Wang School of Environmental and Chemical Engineering,Shenyang University of Technology,Shenyang Liaoning Received:Mar.30th,2023;accepted:May 23rd,2023;published:May 31st,2023 邵德洋，王晓磊 DOI:10.12677/ms.2023.135051 482 材料科学 Abstract The increasing electromagnetic interference radiation is threat to human health.In light of this,several synthetic microwave absorbent materials have been developed,although they have ob-tained good electromagnetic wave absorption properties,however,focusing on the high-frequency region with low adjustable performance and high matching thickness and narrow effective band-width,hinders the practical application,reasonable microstructure design and composition selec-tion are effective ways to realize high-performance microwave absorbing materials.In this thesis,etching the Ti3AlC2 with LiF and HCl prepared the Ti3C2TX materials,the solvent method was used to obtain-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX composites with different-Fe2O3/Fe3O4 ratios by controlling the alcohol-water ratio,study shows:the C-3 sample with 1:4 controlled alcohol-water ratio dem-onstrated the best performance for microwave absorption.The effective absorption bandwidth is up to 4.2 GHz,and the minimum reflection loss is 33.86 dB with a thickness of 2 mm.Compared to-Fe2O3Ti3C2TX composites,-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX composites at a thickness of 5 mm,com-posites achieve efficient absorption of 1.8 GHz bandwidth at low frequency,with a minimum ref-lection loss of 33.6 dB.The addition of magnetic Fe3O4 particles not only creates the contact,but also provides a new loss mode for the composite material,increasing the microwave attenuation force effectively optimizes the absorption capacity of Ti3C2TX.Keywords Ti3C2TX,-Fe2O3,Fe3O4,Electromagnetic Wave Absorbing Composite Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 近年来，随着科技的发展技术发展迅速，电子设备应用广泛，为日常生活提供了极大的便利。同时，也大规模加剧了电磁辐射污染，已成为严重的环境污染问题，严重威胁人体健康，妨碍精密电子设备的运行和使用寿命。对公共卫生、电子电信设备的正常运行造成直接影响。因此需要一种能将电磁波能量转化为热能或其他形式能量的材料，在日常生活中保护人们避免电磁波对健康的危害。在军事领域，为提高作战效能而保护武器免受电磁干扰1 2 3 4。截止目前，消除电磁污染危害最可行的途径之一是开发高性能电磁波吸收和电磁干扰屏蔽材料5。具二维材料是最具竞争力和最有前途的吸收剂，MXene是典型的代表6。MXene 是一种由过渡金属的碳化物和氮化物组成的二维结构材料，由 Yury Gogotsi 等人于 2011 年首次报道7。Ti3C2Tx是 MXene 中研究最多的成员之一。它是通过从三维层状相中选择性地蚀刻 Al 元素得到的。它有 Mn+1XnTx的一般公式，其中 M 只代表早期过渡金属(如 Mo、Nb 和 Ti)、n=1、2 或 3，X是O、OH 或F 8。然而单一的 MXenes 由于阻抗不匹配等不能满足较高的反射损耗，将 MXenes 与其他相结合能够解决这一现象。Zhang 等人9采用溶剂热法，在 200温度下提供还原环境，保护 Ti3C2TX Mxene 不被氧化，得到 Fe3O4/Ti3C2TX纳米复合材料。含 25 wt%四氧化三铁的样品表现出优异的电磁波吸收能力，在 15.7 GHz 时出现了57.2 dB 的最小反射损耗，1.4 GHz 的有效吸收带宽(厚度 4.2 mm)。He等人10采用水热法制备了磁性 FeCo 修饰的 Ti3C2Mxene 复合材料。复合材料显示出 8.8 GHz 较宽的有Open AccessOpen Access邵德洋，王晓磊 DOI:10.12677/ms.2023.135051 483 材料科学 效带宽(RL 99.99%北京福斯曼科技有限公司 无水乙酸钠 CH3COONa 分析纯(AR)天津市大茂化学试剂厂 为了寻找-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料最佳吸波性能，采用控制变量法，在其他工艺相同的情况下，只改变醇水比，以此来调节的-Fe2O3/Fe3O4的比例，合成四种复合材料。具体工艺参数如下表 2 所示。Table 2.Process parameters of-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX composite materials 表表 2.-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料工艺参数 样品名称 醇水比 Ti3C2Tx(g)C-1 C-2 C-3 C-4 0:1 1:8 1:4 1:1 0.6 0.6 0.6 0.6 2.2.实验仪器实验仪器 实验所需的仪器设备如表 3 所示。邵德洋，王晓磊 DOI:10.12677/ms.2023.135051 484 材料科学 Table 3.Main equipment used in experiment 表表 3.主要实验仪器和设备 主要仪器名称 规格与型号 生产厂家 数显恒温水浴锅 HH-2 江苏省金坛市荣华仪器有限公司 电热鼓风干燥箱 101-1 北京中兴伟业仪器有限公司 电子天平 FA2204B 上海精密科学仪器有限责任公司 真空干燥箱 DZF-6020 上海精宏实验设备有限公司 超声波清洗仪 KQ-100 昆山市超声波仪器厂 离心机 TG16-WS 上海卢湘仪离心机仪器有限公司 磁力搅拌器 SZCL-2 郑州杜甫仪器厂 聚四氟乙烯反应釜 100 mL 山东济南恒化有限公司 2.3.表征设备表征设备 2.3.1.扫描电子显微镜测试扫描电子显微镜测试(SEM)分析分析 本实验采用型号 ZEISS GeminiSEM 300 扫描电子显微镜(SEM)，操作电压 15 kV，放大倍率100500,000。制样时需用导电胶固定粉体并放在样品台上，不导电样品需做喷金处理。2.3.2.X 射线射线(XRD)衍射分析衍射分析 本实验采用型号 Miniflex 600 X 射线衍射仪。设备参数为：铜靶为阳极靶，工作电压 40 kV、电流 15 mA、扫描速度 10/min、扫描角度 390。2.3.3.电磁吸波性能测试分析电磁吸波性能测试分析 本实验使用仪器为 Agile Technologies 生产的型号为 E5071C 的网络矢量分析仪，对制备的样品在 218 GHz 频率范围内进行测试。选用无介电性能，无磁性的固体石蜡作为填充剂，被测样品为外径 7.0 mm、内径 3.04 mm、厚度为 2 mm 的同轴圆环状试样，分析材料的吸波性能。3.结果结果与讨论与讨论 3.1.物相分析物相分析 不同醇水比制备的-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料的 XRD 测试结果如图 1 所示。从图 1(a)可知，C-1、C-2、C-3、C-4样品中35.4和62.5处的衍射峰分别对应Fe3O4的(440)和(311)晶面(JCPDS.75-0033)12，而 C-1、C-2、C-3 样品中 33.2的衍射峰则对应-Fe2O3的(104)晶面(JCPDS.33-0664)13，6.48和 60.81对应 Ti3C2TX的(002)和(110)晶面14，表明成功制备-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料。从图 1(b)中我们可以明显的看到随着醇水比的增加，Fe3O4的(440)和(311)衍射峰峰强的增加和-Fe2O3的(104)峰峰强减弱，达到了通过醇水比的改变以改变-Fe2O3与 Fe3O4比例。3.2.微观形貌微观形貌 通过 SEM 可以来表征不同醇水比制备的-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料的微观形貌，图 2(a)(d)对应于在四种不同醇水比下制备的-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料合材料的扫描电镜图像。从图中可以清楚看到 Ti3C2TX的层状结构在所有的-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料中都没有遭到破坏。如图 2(a)、邵德洋，王晓磊 DOI:10.12677/ms.2023.135051 485 材料科学 图 2(d)所示，C-1 与 C-4 样品生成的-Fe2O3/Fe3O4纳米颗粒为球形，且半径较大，并且发生了严重的团聚，这会使样品比表面积减少，这可能导致样品的电磁波吸收性能下降。由图 2(b)，C-2 样品并没有生成较大形状的-Fe2O3/Fe3O4纳米颗粒，但是团聚现象仍然较为严重，并且-Fe2O3/Fe3O4纳米颗粒尺寸不规则，而图 2(c)中的 C-3 样品中-Fe2O3/Fe3O4纳米颗粒分布较为均匀，并且一部分-Fe2O3/Fe3O4纳米颗粒复合在 Ti3C2TX的层间，这提高了 Ti3C2TX与-Fe2O3/Fe3O4纳米颗粒的异质界面，有效增大了界面极化15。C-3 样品的元素分布图如图 2(e)(h)所示，表明其含有 Ti、C、O、Fe 元素，表明-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料成功制备。Figure 1.(a)(b)XRD patterns of Ti3C2TX,C-1,C-2,C-3 and C-4 图图 1.(a)(b)Ti3C2TX、C-1、C-2、C-3 和 C-4 样品的 XRD 图谱 (a)(b)1m1m1m1m(a)(b)(d)(c)邵德洋，王晓磊 DOI:10.12677/ms.2023.135051 486 材料科学 Figure 2.SEM images of(a)C-1,(b)C-2,(c)C-3 and(d)C-4,the elemental mapping images of C-3(e)Ti,(f)C,(g)O,(h)Fe 图图 2.(a)C-1、C-2(b)C-3(c)和 C-4 样品(d)的 SEM 图以及 C-3 样品的元素分布图(e)、(f)、(g)、(h)3.3.吸波性能分析吸波性能分析 一般来说，样品的电磁参数直接影响吸波材料吸波性能，因此，我们系统地分析了 Ti3C2TX和 C-1、C-2、C-3、C-4 样品在填充量为 50 wt%条件下的的复介电常数(和)和复磁导率(和)。电磁参数的实部(,)表示电磁能量的存储能力，而虚部(,)与电磁能量的衰减能力16介质损耗切，磁损耗切表示电磁能量的损耗能力。介电参数结果如图 3 所示。如图 3(a)所示 Ti3C2TX和 C-1、C-2、C-3，在 218 GHz 频率范围内，-f 曲线总体呈现下降趋势，这可以归因于频率色散效应，而 C-4 的上升趋势可能由于在较高频率的响应交替时，电荷产生的滞后现象17。如图 3(a)，图 3(b)所示，可以清楚地看到，Ti3C2TX的 和 值最低，在 218 GHz 的频率范围内，在 5 和 0.2 左右略有波动。Ti3C2TX的小复合介电常数可以被认为是电磁波吸收性能差的直接原因。图 3(a)中，C-1、C-2 和 C-3、C-4 样品的 值都有增加，C-1 和 C-4 样品的 值分别在 7.5 和 7.8 左右略有波动，对比单独的 Ti3C2TX展示了较大的提升，而 C-2 和 C-3 样品的 值对比单独的 Ti3C2TX有大幅提升分别在1113.5，811 之间波动。值的增加不仅表明了磁性材料18的介电促进作用，而且还代表了相关的极化行为的增加19，主要是界面极化的增加。在图 3(b)，值方面 C-1 和 C-4 样品对比 Ti3C2TX只有小幅提升都在 0.7 左右，但是在高频区有更大波动，而 C-2 和 C-3 样品得益于醇水比的变化 最高值在 2.7 左右，显示了大幅提升，还伴随着高频区的介电弛豫峰。CFeTiO(e)(f)(h)(g)邵德洋，王晓磊 DOI:10.12677/ms.2023.135051 487 材料科学 Figure 3.(a),(b),(c)(tan)versus frequency,(d)Cole-Cole plots of Ti3C2TX,C-1,C-2,C-3,C-4 图图3.Ti3C2TX、C-1、C-2、C-3和C-4的复介电常数(a)实部、(b)虚部、介电损耗角、(c)与频率关系图、(d)cole-cole 图 C-1 和 C-4 的 值相对 C-2 和 C-3 样品较低这一现象可能是由于 Ti3C2TX复合三氧化二铁或四氧化三铁纳米颗粒引起界面极化增加，促进界面电荷转移增加的 值小于溶剂热过程中 Ti3C2TX末端官能团的损失引起 值的减少。对于 C-2 和 C-3，值的增加受益于多相结合增加，获得的界面极化更多。通过图3(c)可以看出，Ti3C2TX、C-1、C-2、C-3 和 C-4 样品的介电损耗切线值与-f 曲线呈大致相同的趋势，与Ti3C2TX相比，图 3(c)中 C-1 和 C-4 的介电损耗切线值有较小提升，C-2 和 C-3 则有更高的介电损耗切线值，其中 C-3 样品的电损耗切线值最大，其最高值在 0.36，代表最强的介电损耗。在-f 曲线中共振峰的形成表明了极化弛豫的出现，这可以用基于德拜理论的 Cole-Cole 半圆进一步表示。根据 Debye 模型，和 表示可以为公式(3.3)。每 个 半 圆 对 应 一 个 德 拜 偶 极 弛 豫 过 程，半 圆 的 半 径 表 示 每 个 过 程 的 强 度 20。对 于-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料，一是大量的偶极子形成于 Ti3C2TX表面的官能团和缺陷，可以作为极化中心，在变化的电磁场的作用下产生极化弛豫，从而产生偶极子极化21；二是 Ti3C2TX与-Fe2O3纳米粒子，-Fe2O3纳米粒子与 Fe3O4纳米粒子，Ti3C2TX与 Fe3O4纳米粒子形成多种界面，产生界面极化。在图 3(d)中，我们可以看到半圆的数量和半径与醇水比的变化相关。并且，C-2 和 C-3 形成了较大的半圆，且 C-3 样品的圆更均匀，也与-f 曲线的宽峰相呼应，进一步阐明了控制醇水比从而形成不同比例的-Fe2O3和 Fe3O4以调节电磁参数，并且-Fe2O3/Fe3O4的引入增强了的界面极化，优化介电损耗，促使电磁波被最大程度地衰减22 23。由于 Ti3C2TX由于没有磁性，在 218 GHz 的频率范围内，Ti3C2TX的 和 约为 1 和 0。相比之下，邵德洋，王晓磊 DOI:10.12677/ms.2023.135051 488 材料科学 图 4(a)，图 4(b)中看到 C-1、C-2、C-3、C-4 的 和 值由于 Fe3O4的引入而显著提高。图 4(a)中，C-1、C-2、C-3、C-4 的-f 曲线在 0.91.1 范围内逐渐减小，表明存在明显的频率色散效应，图 4(b)可以看出C-1、C-4 的-f 曲线在 0.1 左右，C-2、C-3 的-f 曲线在 0.2 左右，在 28 GHz 处，C-2 和 C-3 中均出现了明显的共振峰此外，C-2 在 15.1 GHz 中表现出一个宽峰，最大值为 0.16，有利于提高磁损耗和微波吸收性能24同时，图 4(c)所示，所有复合材料样品的 tan 也表现出与相应的 曲线相似的趋势，C-1和 C-4 样品的磁损耗正切角在 0.1 左右，C-2 和 C-3 有较高磁损耗正切角，在 0.2 左右。微波衰减不仅被介电损耗影响，磁损耗在微波吸收中也起着关键作用。理论上它来源于畴壁共振、磁滞损耗、自然共振，交换共振和涡流效应25。磁滞损耗发生在强电磁场，因此排除了磁滞损耗。同时，磁性粒子尺寸较小不足以引发畴壁损耗，同样被排除。众所周知，涡流效应，也称为傅科电流效应，是由导体中的磁场变化引起的，可以解释为 C0=()2f1。如果 C0随着频率增加保持恒定，磁损失主要由涡流损失提供；如果C0变化，除了涡流损失外，还有共振损失26。图 4(d)所示，所有复合材料的 C0-f 曲线在 1018 GHz 范围内呈直线，证实了在该频率范围内，磁损失主要是由涡流效应产生的。此外，210 GHz 为自然共振发生的频率，1018 GHz 为交换共振出现的频率。因此，本实验中造成磁损耗的两个主要因素是自然共振和涡流效应。-f 曲线出现的多个共振峰也是由于存在自然共振的缘故27此外结合图 3(c)来看，所有样品均为磁损耗与介电损耗共同作用，在 C-3 样品的损耗机制里，介电损耗负责了主要的贡献。Figure 4.(a),(b),(c)(tan),(d)eddy current coefficient versus frequency 图图 4.Ti3C2TX的复磁导率，(a)实部、(b)虚部、磁损耗角和涡流系数与频率关系图 通过传输线理论公式(1.1)与(3.1)模拟计算以分析-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2Tx 复合材料的电磁波吸收性能，如图 5 显示了 Ti3C2TX、C-1、C-2、C-3 以及 C-4 样品在填充率为 50%wt 时，15.5 mm 厚度下的二维 RL-f 曲线和三维 RL-f 曲线。(a)(b)(c)(d)邵德洋，王晓磊 DOI:10.12677/ms.2023.135051 489 材料科学 Figure 5.2D RL-f curves,3D RL-f curves and corresponding contour map and of(a)(c)Ti3C2TX,(e)(f)C-1,(g)(i)C-2,(j)(l)C-3,(m)(o)C-4 图图 5.(a)(c)Ti3C2TX、(e)(f)C-1、C-2(g)(i)、(j)(l)C-3 以及(m)(o)C-4 的 2D 反射损耗图、3D 反射损耗图以及对应的等高线图 6(a)(d)(f)(c)(b)(e)7(g)(i)(h)(j)(l)(k)邵德洋，王晓磊 DOI:10.12677/ms.2023.135051 490 材料科学 Ti3C2Tx 的最小反射损耗在 3.0 mm 厚度，仅为6.00 dB(图 5(a)(c)，不能产生有效的电磁波吸收。相应的二维 RL-f 曲线也表明，没有电磁波有效吸收带宽，说明 Ti3C2Tx 的复介电常数较小，以致其电磁波吸收特性也较差。得益于-Fe2O3或 Fe3O4的修饰，控制醇水比为 0:1 和 1:1 得到的 C-1 和 C-4 样品却得到了一定的吸收能力。图 5(d)、图 5(f)，C-1 最小反射损耗的在 17.6 GHz 处达到23.50 dB,对应的 2D RL-f 曲线图 5(e)的有效吸收带宽为 1.4 GHz，匹配厚度 5.5 mm。图 5(m)(o)，C-4 在厚度为 5.5 mm 时达到最小反射损耗，值为11.62 dB，对应的 2D RL-f 曲线图 5(n)有效吸收带宽为 0.6 GHz。虽然对比单一的 Ti3C2Tx 有一定的提升，但是匹配厚度过大，不能满足优异性能吸波材料“薄”的特点。Figure 6.Impedance matching and attenuation constant versus frequency of(a)C-1,(b)C-2,(c)(d)C-3,(e)C-4 图图 6.(a)C-1、(b)C-2、(c)(d)C-3 以及(e)C-4 的阻抗匹配和衰减系数与频率关系图 由图 5(g)、图 5(i)可知，当醇水比调整为 1:8 时，所获得的 C-2 样品表现出低频率的吸收能力在厚度为 5.0 mm 时最小反射损耗为34.88 dB，相应的二维 RL-f 曲线图 5(h)对应的有效吸收带宽为 1.2 GHz(a)(b)(c)(d)(e)邵德洋，王晓磊 DOI:10.12677/ms.2023.135051 491 材料科学 (3.85 GHz,1415 GHz)。然而当醇水比调整为 1:4，获得的 C-3 样品表现出优异的微波吸收性能，图 5(j)、图 5(l)在厚度为 2.0 mm 时最小反射损耗为33.86 dB，图 5(k)对应的有效吸收带宽高达 4.2 GHz，与先前的 B-2 样品相似，几乎可以覆盖整个 Ku 波段，并且在匹配厚度调整为 5.0 mm 时也获得了低频率的有效吸收，最小反射损耗为33.6 dB，对应的 2D RL-f 曲线图 5(k)表明有 1.8 GHz 的有效吸收带宽。此外，通过调节其匹配厚度以获得近乎全波段的有效吸收，展现了优异的可调节微波吸收性能。众所周知，阻抗匹配对于获得良好的电磁吸收材料和衰减常数非常重要。采用归一化特性阻抗(Z=|Zin/Z0|)评价样品的阻抗匹配情况。通常情况下，Z 的值越接近 1，阻抗匹配就越好18。由之前的研究可知，Ti3C2TX由于较低的介电损耗能力和不足的磁损耗能力直接导致了严重的阻抗匹配不平衡，造成了电磁波的大量表面反射，这是单一的 Ti3C2TX的电磁波吸收性能较弱的直接原因。在将-Fe2O3与 Fe3O4引入纯 Ti3C2TX的中间层后，不但引入磁损耗，同时提高了介电损耗，并且保持 Ti3C2TX外观和形态仍具有原有的良好排列结构。所以在得到 C-1、C-2、C-3 的最小反射损耗时，我们可以在图 6(a)(d)中看到 Z几乎等于 1，这表明 C-1、C-2、C-3 具有良好的阻抗匹配。但是图 6(e)，C-4 样品的阻抗匹配过高，这是导致其微波吸收能力较低的原因之一，说明-Fe2O3与 Fe3O4的引入有利于优化阻抗匹配。C-3 样品的阻抗匹配较 C-1、C-2 样品更接近于 1，这与 RL-f 曲线结果相符合。此外，被吸收的入射电磁波将被耗散或转化为其他能量。本文通过引入衰减常数()，对样品的微波衰减能力进行了评价，材料的衰减能力只取决于材料本身的特性。如图 6 所示，C-1 样品的衰减常数值在 085，C-2 样品的衰减常数值在 52102、C-3 样品在 32198、C-4 样品在 37 左右。C-3 样品具有较高的微波衰减常数结合其合适的阻抗匹配，是其优异吸波性能的主要原因，这一结论也有与 RL-f 曲线结果相符合，而 C-4 较差的电磁波吸收能力也可以在衰减能力与阻抗匹配得到合理解释。此外，图 6(c)中，-f 曲线的峰值对应于 2 mm 厚度的阻抗匹配最接近 1，因此 C-3 样品在该频率获得最小反射损耗。上述结果表明，C-3 样品良好的微波吸收性能由通过平衡阻抗匹配和衰减特性获得。4.结论结论 通过简单的溶剂热法制备了-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料，并改变溶剂的醇水比来控制-Fe2O3/Fe3O4的比例并对其物相结构和微观形貌进行了分析，证实了成功制备-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料。研究结果表明：利用 NaBH4的还原能力将 Fe3+液相还原为 Fe2+，成功将磁性组分 Fe3O4引入 Ti3C2TX以增加磁损耗能力，并调整醇水比寻找最佳实验条件。获得的 C-3 样品达到33.86 dB 的最小反射损耗以及高达 4.2 GHz的几乎可以覆盖整个 Ku 波段有效吸收带宽，而厚度仅为 2 mm。此外在低频率区也获得了 1.8 GHz 的有效吸收带宽，最小反射损耗为低至33.6 dB。-Fe2O3/Fe3O4Ti3C2TX复合材料中 Ti3C2TX的缺陷和官能团提供偶极极化，同时-Fe2O3/Fe3O4的引入提供了更多的界面，增大界面极化，从而提高了 Ti3C2TX的介电损耗，磁组分 Fe3O4的引入增加磁损耗，电磁协同作用不仅可以平衡了阻抗匹配使更多电磁波进入材料内部，同时增强衰减能力增大的微波衰减系数。使电磁波最大程度地被耗散。除此之外还具有实验原料成本低、制备方法简单等优势。为 Mxene基复合吸波材料的应用提供了设计思路。参考文献参考文献 1 Zhang,X.,Qiao,J.,Jiang,Y.,et al.(2021)Carbon-Based MOF Derivatives:Emerging Efficient Electromagnetic Wave Absorption Agents.Nano-Micro Letters,13,Article No.135.https:/doi.org/10.1007/s40820-021-00658-8 2 Chang,Q.,Liang,H.,Shi,B.,et al.(2020)Ethylenediamine-Assisted Hydrothermal Synthesis of NiCo2O4 Absorber 邵德洋，王晓磊 DOI:10.12677/ms.2023.135051 492 材料科学 with Controlled Morphology and Excellent Absorbing Performance.Journal of Colloid and Interface Science,588,336-345.https:/doi.org/10.1016/j.jcis.2020.12.099 3 Lv,L.,Liu,J.,Liang,C.,et al.(2018)An Overview of Electrically Conductive Polymer Nanocomposites toward Elec-tromagnetic Interference Shielding.Nano-Micro Letters,2,120-136.4 Wang,C.,Jie,H.,Zhen,F.,et al.(2018)Overview of Carbon Nanostructures and Nanocomposites for Electromagnetic Wave Shielding.Carbon:An International Journal Sponsored by the American Carbon Society,140,696-733.https:/doi.org/10.1016/j.carbon.2018.09.006 5 Wu,N.,Xu,D.,Wang,Z.,et al.(2019)Achieving Superior Electromagnetic Wave Absorbers through the Novel Met-al-Organic Frameworks Derived Magnetic Porous Carbon Nanorods.Carbon,135,433-444.https:/doi.org/10.1016/j.carbon.2019.01.028 6 Deng,J.,Bai,Z.,Zhao,B.,et al.(2021)Opportunities and Challenges in Microwave Absorption of Nickel-Carbon Composites.Physical Chemistry Chemical Physics,23,20795-20834.https:/doi.org/10.1039/D1CP03522C 7 Naguib,M.,Kurtoglu,M.,Presser,V.,et al.(2011)TwoDimensional Nanocrystals Produced by Exfoliation of Ti3AlC2.Advanced Materials,23,4248-4253.https:/doi.org/10.1002/adma.201102306 8 Kshetri,T.,Tran,D.T.,Le,H.T.,et al.(2020)Recent Advances in MXene-Based Nanocomposites for Electrochemical Energy Storage Applications.Progress in Materials Science,117,100-111.https:/doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100733 9 Zhang,X.,Wang,H.,Hu,R.,et al.(2019)Novel Solvothermal Preparation and Enhanced Microwave Absorption Properties of Ti3C2TX MXene Modified by in Situ Coated Fe3O4 Nanoparticles.Applied Surface Science,484,383-391.https:/doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.264 10 He,J.,Shan,D.Y.,Yan,S.Q.,et al.(2019)Magnetic FeCo Nanoparticles-Decorated Ti3C2 MXene with Enhanced Mi-crowave Absorption Performance.Journal of Magnetism and Magnetic Materials,492,16563-16574.https:/doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.165639 11 Guo,Y.,Wang,D.D.,Bai,T.T.,et al.(2021)Electrostatic Self-Assembled NiFe2O4/Ti3C2TX MXene Nanocomposites for Efficient Electromagnetic Wave Absorption at Ultralow Loading Level.Advanced Composites and Hybrid Mate-rials,7,602-613.https:/doi.org/10.1007/s42114-021-00279-0 12 Zhang,X.,Wang,H.,Hu,R.,et al.(2019)Novel Solvothermal Preparation and Enhanced Microwave Absorption Properties of Ti3C2TX MXene Modified by in Situ Coated Fe3O4 Nanoparticles.Applied Sur