CCB@Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>/NR吸波胶片的制备与微波吸收性能

申永前; 张帆; 朱健; 龙建; 高峰; 杜雪岩

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20230109.002

CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的制备与微波吸收性能

申永前^{1, 2, ,},
张帆¹,
朱健¹,
龙建¹,
高峰²,
杜雪岩¹

1.
兰州理工大学　材料科学与工程学院，兰州 730050
2.
首航高科能源技术股份有限公司，酒泉 735000

基金项目: 中国博士后科学基金(2022 MD713777)；甘肃省自然科学基金(21 JR7 RA223)；国家自然科学基金-联合基金项目(U22 A20175)

详细信息

通讯作者:
申永前，博士，高级工程师，硕士生导师，研究方向为电磁波吸收材料　　E-mail：syqch@163.com

中图分类号: TB333
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出版历程
- 收稿日期: 2022-09-27
- 修回日期: 2022-12-21
- 录用日期: 2022-12-25
- 网络出版日期: 2023-01-09
- 刊出日期: 2023-09-14

Fabrication and microwave absorbing properties of CCB@Fe₃O₄/ NR absorbing films

1.
College of Materials Science and Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China
2.
Shouhang Hi-Tech Energy Technology CO., LTD., Jiuquan 735000, China

Funds: China Postdoctoral Science Foundation (2022 MD713777); Natural Science Foundation of Gansu Province (21 JR7 RA223); National Natural Science Foundation of China-Joint Fund Project (U22 A20175)

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Corresponding author:
SHEN Yongqian, ZHANG Fan, ZHU Jian, et al. Fabrication and microwave absorbing properties of

摘要

摘要: 探索具有优异性能的电磁波吸收材料是解决电磁污染的主要手段。然而，如何同时满足材料的高性能和实际应用要求仍然是一个挑战。本文采用溶胶凝胶法、塑炼、混炼及硫化等工艺制备了具有优异力学性能和吸波性能的导电炭黑(CCB)@纳米Fe₃O₄/天然橡胶(NR)吸波胶片，并通过调节CCB@Fe₃O₄的添加量来调控胶片的力学和吸波性能。CCB@Fe₃O₄复合材料的引入极大地改善了胶片的界面损耗和极化损耗，其中CCB可以在提高材料的介电常数和电导率的同时增强力学性能。当CCB@Fe₃O₄添加量为29wt%时，胶片达到−40.5 dB的最小反射损耗(RL)，有效吸收带宽(EAB)为2.4 GHz，厚度为5.0 mm，并展现出最佳的抗拉强度、硬度和磨耗性能。材料优异的吸波性能来源于电-磁损耗协同效应引起的阻抗匹配、强电磁波衰减和高传导损耗。本工作为天然橡胶基吸波胶片的结构设计和实际应用提供了新的思路。
- 吸波材料 /
- 天然橡胶 /
- 纳米四氧化三铁 /
- 导电炭黑 /
- 电-磁协同效应
Abstract: Exploring electromagnetic wave (EMW) absorbing materials with excellent performance is the main method to solve electromagnetic pollution. However, it remains a challenge to meet the high performance and practical application requirements of materials simultaneously. Conductive carbon black (CCB)@nano Fe₃O₄/natural rubber (NR) absorbing films with excellent mechanical and EMW absorption properties were prepared by sol-gel method, plasticizing, blending and vulcanization, and the mechanical and EMW absorbing properties of the films were controlled by adjusting the addition amount of CCB@Fe₃O₄. The introduction of the CCB@Fe₃O₄ composites greatly ameliorates the interfacial loss and polarization loss of the films, in which the CCB can enhance the mechanical properties while improving the dielectric constant and conductivity of the materials. The film achieves the minimum reflection loss (RL) of -40.5 dB and maximum effective absorption bandwidth (EAB) of 2.4 GHz with the thickness of 5.0 mm when the CCB@Fe₃O₄ was added at 29wt%, and exhibited the optimal tensile strength, hardness and wear properties. The remarkable EMW absorbing properties of the material originate from impedance matching, strong EMW attenuation and high conduction loss caused by the synergistic effect of dielectric-magnetic loss. This work provides a new mentality for the structure design and practical application of natural rubber-based absorbing films.
- electromagnetic wave absorption material /
- natural rubber /
- nano ferroferric oxide /
- conductive carbon black /
- dielectric-magnetic synergistic effect

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随着现代信息技术的日益发达，新型电子仪器、无线通讯站、雷达等科技设备的使用愈发普遍，造成了严峻的电磁污染问题，也对人体健康造成威胁。在军事领域，现代武器装备对电磁隐身材料的需求也与日俱增^[1-2]。吸波材料可以通过不同的损耗机制来衰减入射电磁波，从而达到消除或减少电磁污染的目的。因此，研究具有“薄、轻、宽、强”等特点的理想吸波材料在军事和民用领域都具有重要意义^[3-4]。

根据能量耗散机制，吸波材料可分为介电损耗型和磁损耗型。介电损耗型吸波材料主要包括各种碳材料，如碳球^[5]、碳纳米管^[6]、碳纳米纤维^[7]等。磁损耗型吸波材料主要包括金属和金属氧化物等，如Fe^[8]、Co^[2]、Ni^[9]、Fe₃O₄^[10]等。其中，Fe₃O₄因高居里温度、稳定性较好和磁损耗可调等优点而倍受关注^[11]。Ma等^[12]通过水热法制备了新型一维花状蛋黄壳Fe₃O₄@SiO₂@NiO纳米链，反射损耗(RL)为−54.3 dB，有效吸收带宽(EAB)为4.0 GHz。Du等^[13]通过酚醛树脂在Fe₃O₄表面的原位聚合和随后的高温碳化，制备了具有核壳结构的Fe₃O₄@C，最小RL达到−20.6 dB。然而，Fe₃O₄作为吸波材料也存在介电常数低、阻抗匹配差、质量重等缺点，限制了其在吸波领域的进一步应用。将其与高导电性和高介电常数的导电炭黑(CCB)进行复合，是引入介电损耗和实现优异阻抗匹配的有效方法，同时还可提高样品的力学性能。例如，Vinayasree等^[14]制备了基于铁酸锶-炭黑-丁腈橡胶复合材料的柔性薄单层微波吸收材料，最佳RL达到−28.0 dB。王萌^[15]采用机械共混法制备了CCB/羰基铁/天然橡胶(NR)复合材料，最佳RL为−21.2 dB。然而，利用CCB/Fe₃O₄复合来增强橡胶材料吸波及力学性能的研究鲜见报道。

此外，吸波材料实际应用于日常生产活动时，基体的选择十分重要。相比传统的金属基体，NR具有良好的弹性、延展性、优良的抗腐蚀性等特点，并具有可靠的力学性能，是理想的吸波材料基体。同时，样品的介电常数和磁导率可通过橡胶中的填料含量进行调整，从而调节样品的RL和EAB。橡胶吸波材料还可避免普通涂敷型吸波材料容易与基体粘合不牢固而脱落的问题，极大提高了吸波材料的使用寿命^[16]。例如，耿浩然等^[17]通过机械共混制备了二硫化钼/多壁碳纳米管/NR复合材料，RL达到−29.6 dB, EAB为3.1 GHz。朱鹏宇^[18]利用机械共混和高温硫化制备了改性碳纤维/硅橡胶柔性复合材料，RL达到−44.7 dB, EAB为1.6 GHz。尽管橡胶吸波材料的研究已有一定进展，但是利用单一体系增强NR吸波性能仍存在界面损耗低、阻抗匹配差等缺点。由此，利用CCB/Fe₃O₄复合来增强NR吸波性能是解决以上问题的有效途径。

本文首先通过溶胶凝胶法制备了CCB@Fe₃O₄复合材料，再经过塑炼、混炼及硫化过程制备了CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片，阐述了CCB@Fe₃O₄含量对样品的微观结构、力学性能和微波吸收性能的影响。当CCB@Fe₃O₄含量为29wt%时，样品在5.0 mm的厚度下具有−40.5 dB的最小RL和0.72 GHz的EAB，当厚度减小为1.5 mm时，EAB扩大到2.4 GHz。优异的吸波性能源于强界面散射、高导电损耗和出色的阻抗匹配。本工作在吸波材料的实际应用方面具有广阔前景。

1. 实验部分

1.1 试剂

导电炭黑(CCB，TD-1)，新乡市德隆化工有限公司；六水合三氯化铁(FeCl₃·6H₂O)，天津市北辰区方正试剂厂；四水合氯化亚铁(FeCl₂·4H₂O)，天津市光复科技发展有限公司；NaOH，天津市耀华化学试剂有限公司；氨水(NH₃·H₂O)，天津市大茂化学试剂厂；天然橡胶(NR)，海南天然橡胶股份有限公司；防老剂(DMPPD，N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基对苯二胺)，山东优索华工科技有限公司；硬脂酸(C₁₈H₃₆O₂)，天津市化工三厂有限公司；ZnO，烟台市双双化工有限公司；纳米ZnO，阿拉丁试剂有限公司；促进剂CZ(CBS)，天津一化化工有限公司；硫磺(S)，天津市鼎盛鑫化工有限公司。

1.2 CCB的表面羟基化处理

在350 mL蒸馏水中加入18 g NaOH固体，搅拌至NaOH固体溶解，再加入30 g CCB，搅拌10 min，使CCB完全溶解，然后超声分散15 min。用SHZ-D (Ⅲ)型真空泵(上海保玲仪器有限公司)抽滤后用蒸馏水清洗至中性，再用无水乙醇清洗，重复5次，剩余黑色固体即为羟基化后的CCB。以同样方法，制备40 g和50 g的羟基化CCB备用。

1.3 CCB@Fe₃O₄复合材料的制备

称取5.4 g三氯化铁固体和3.98 g 氯化亚铁固体，分别溶于50 mL的蒸馏水中，配置成0.4 mol/L的Fe³⁺溶液和Fe²⁺溶液。将Fe³⁺溶液和Fe²⁺溶液混合，加入制得的羟基化CCB (30 g，40 g和50 g)，并加入少量氨水使混合溶液的PH≥12，在60℃水浴加热下搅拌，转速为800 r/min，时间为1.5 h。然后抽滤，用蒸馏水和无水乙醇清洗，重复5次。将得到的黑色固体放入DZF-6050型真空干燥箱(上海一恒科技有限公司)中，在60℃干燥12 h，再放入DHG-9070 (A)型电热恒温鼓风干燥箱(上海一恒科技有限公司)中，在60℃干燥12 h后研磨，用BSA323 S型电子天平(赛多利斯贸易有限公司)称取CCB@Fe₃O₄复合材料35 g，45 g和55 g，标记为35 g CCB@Fe₃O₄，45 g CCB@Fe₃O₄和55 g CCB@Fe₃O₄。

1.4 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的制备

CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的配方如表1所示。将XK-360型双辊开炼机(江都市真威试验机械有限责任公司)的辊距设置为1 mm，放入100 g NR，塑炼10 min。随后调整辊距为0.5 mm，进行10次薄通。结束后将辊距调整回1 mm，依次加入ZnO/纳米ZnO、防老剂、硬脂酸、促进剂等橡胶填料进行混炼，每次加入填料混合时间大于5 min。然后加入CCB/Fe₃O₄复合材料，延长共混时间，确保填料在NR中混合均匀，最后加入硫磺混炼8 min，将混炼胶放置在硫化仪(扬州正艺试验机械有限公司)上测量硫化时间，再放入已经预热好的橡胶模具中(14 mm×12 mm×1 mm)，然后放入QLB-25 T型平板硫化机(江都市真威试验机械有限责任公司)进行硫化，设定硫化压力为10 MPa，硫化温度为150℃，硫化时间为20 min。将CCB@Fe₃O₄复合材料在NR中质量比分别为24wt%，29wt%和33wt%时制得的样品记作24wt%CCB@Fe₃O₄/NR、29wt%CCB@Fe₃O₄/NR和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR。

表 1 导电炭黑(CCB)@纳米Fe₃O₄/天然橡胶(NR)吸波胶片的填料配方

Table 1. Filler formula of conductive carbon black (CCB)@nano Fe₃O₄/natural rubber (NR) absorbing films

Sample	NR/g	DMPPD/g	C₁₈H₃₆O₂/g	CZ/g	ZnO/nano-ZnO/g	CCB@Fe₃O₄/g	S/g
24wt%CCB@Fe₃O₄/NR	100	1	2	1	5	35	2
29wt%CCB@Fe₃O₄/NR	100	1	2	1	5	45	2
33wt%CCB@Fe₃O₄/NR	100	1	2	1	5	55	2

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1.5 样品表征

利用X射线衍射仪(XRD，型号D8/ADVANCE，德国布鲁克公司)分析CCB@Fe₃O₄复合材料的晶体结构；使用透射电子显微镜(TEM，型号JOEL 2100F，日本JEOL公司)和电子探针显微镜(EPMA，型号1600，日本岛津公司)分别观察CCB@Fe₃O₄复合材料与CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的形貌和微观结构；使用红外光谱仪(IR SPECT，型号NEXUS-470，美国热电公司)对材料进行化学结构分析；使用振动样品磁强计(VSM，型号Lake Shore 7404，美国Lake Shore公司)测量CCB@Fe₃O₄复合材料的磁滞回线；用模具将样品裁成哑铃状，厚度为1 mm，根据GB/T 528—2009^[19]测试标准，使用电子万能试验机(型号TSE504C，上海和晟仪器科技有限公司)测试样品的拉伸性能；根据GB/T 531.1—2008^[20]测试标准，使用邵氏硬度计(型号LX-A，东莞市三量量具有限公司) 测量样品的硬度；使用磨耗仪(型号JM-Ⅵ，苏州中路通试验仪器有限公司)测量样品的磨耗性能；用模具将样品裁出直径20.00 mm、厚度1.00 mm的圆片，根据GB/T 40719—2021^[21]测试标准，使用体积电阻测定仪(型号FT-304，宁波瑞柯伟业仪器有限公司)测定样品的电导率；用模具将样品裁成内径3.04 mm、外径7.00 mm、厚度1.00 mm的同轴圆环，根据GB/T 35679—2017^[22]测试标准，使用矢量网络分析仪(VNA，型号N5244A，美国安捷伦公司)测量样品在2~18 GHz频率范围内的电磁参数。

2. 结果与讨论

2.1 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的微观结构及物相表征

图1为各样品的EPMA图像。可看出，3组样品表面有数量不同的CCB@Fe₃O₄复合材料，并且随着CCB@Fe₃O₄添加量的增加，样品表面的颗粒逐渐聚集变成小团聚体，小团聚体间的距离随着CCB@Fe₃O₄添加量的增多而逐渐减小，从而形成连通的导电网络^[23]。此外，样品表面有微小的裂纹，这是由于样品制备过程经过了混炼和硫化，而混炼过程中无法达到绝对的均匀(图1(b)、图1(d)、图1(f))。同理，硫化过程也无法完全形成有序体，所以必然会有缺陷。

图 1 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d))、29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ( (b), (e)) 和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f)) 样品的EPMA图像

Figure 1. EPMA images of 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d)), 29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((b), (e)) and 33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f))

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图2(a)~2(c)为CCB@Fe₃O₄复合材料的TEM图像。从图2(a)可看到，CCB颗粒容易团聚，在CCB表面可看到细小的纳米颗粒(黑色衬度)，图2(b)中可以看到单个纳米颗粒的直径约为20 nm。HRTEM图像(图2(c))显示，0.297 nm和0.34 nm的晶格条纹间距分别对应于Fe₃O₄的(220)晶面和石墨碳的(002)晶面，同时也能观察到无序碳的存在。

图 2 CCB@Fe₃O₄复合材料的TEM图像 ((a), (b)) 和HRTEM图像 (c); CCB和CCB@Fe₃O₄复合材料的XRD图谱 (d); Fe₃O₄，CCB、NR和CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的FTIR图谱 (e); CCB@Fe₃O₄复合材料的磁滞曲线 (f)

Figure 2. TEM ((a), (b)) and HRTEM (c) images of CCB@Fe₃O₄ composites; XRD patterns (d) of CCB and CCB@Fe₃O₄ composites; FTIR sprctra (e) of Fe₃O₄, CCB, NR and CCB@Fe₃O₄/NR absorbing films; Hysteresis curves (f) of CCB@Fe₃O₄ composites

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图2(d)为CCB和CCB@Fe₃O₄复合材料的XRD图谱。在30.36°、35.76°、37.41°、43.28°、53.94°、57.51°、63.16°处的峰分别对应于Fe₃O₄ (PDF#88-0315)的(220)、(311)、(222)、(400)、(422)、(511)、(440)晶面，表明纳米Fe₃O₄成功合成^[24-25]。在CCB的谱线中，25.56°处的峰对应于石墨碳的(002)晶面，43.28°处的峰对应于CCB中碳的结晶相^[9]。结合TEM结果，证明CCB@Fe₃O₄复合材料被成功制备。

图2(e)为不同样品的FTIR图谱。580 cm⁻¹处的峰属于Fe₃O₄的Fe—O伸缩振动峰。由于NR主要由异戊二烯组成，属于NR特征峰的有2846 cm⁻¹处-CH₂-的对称伸缩振动峰，2916 cm⁻¹处-CH₂-的不对称伸缩振动峰和2952 cm⁻¹处—CH₃的对称伸缩振动峰。此外，782 cm^-1处的振动峰为C—H面外弯曲振动峰，1454 cm⁻¹处为C—H面内的弯曲振动峰，1594 cm⁻¹处C=C的伸缩振动峰^[17]。由于CCB没有特征峰，1024 cm⁻¹处的峰属于CCB表面C—O—C的伸缩振动峰。在CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的谱线中，580 cm⁻¹和1024 cm⁻¹处的峰有增强，表明该复合材料成功制备。

图2(f)为CCB@Fe₃O₄复合材料在室温下的磁滞回线。在20000 Oe的磁场强度下，35 g CCB@Fe₃O₄，45 g CCB@Fe₃O₄和55 g CCB@Fe₃O₄的饱和磁化强度(Ms)和剩余磁化强度(Mr)分别为0.4、1.7、4.7 emu/g和0.01、0.2、0.3 emu/g。由于大量非磁性CCB的存在，所有样品的Ms值都远低于块状Fe₃O₄(92 emu/g)^[26]。VSM结果表明，CCB@Fe₃O₄复合材料展现出一定的铁磁性，可以增强吸波胶片的电磁损耗协同效应，有利于优化阻抗匹配。

2.2 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的力学性能

表2为CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的力学性能。图3 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的应力-应变曲线。可知，随着CCB@Fe₃O₄添加量的增加，样品的断裂伸长率有所下降，定伸应力、硬度和抗拉强度有增大趋势。这是由于NR中填料含量的增加会降低样品的断裂伸长率，且补强剂的含量越高，硫化后样品的断裂伸长率就越低。适量的CCB可起到补强作用，使样品的抗变形能力得到增强，但CCB用量过多，NR的相对含量变少，会导致CCB颗粒在样品中相互接触变得紧密，无法在样品中有良好的分散性，使NR与CCB的作用力减弱^[27]。因此，29wt%CCB@Fe₃O₄/NR获得3组样品中最优的抗拉强度。

表 2 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的力学性能

Table 2. Mechanical properties of CCB@Fe₃O₄/NR absorbing films

Sample	100% modulus/MPa	300% modulus/MPa	Tensile strength/MPa	Break elongation/%	Shore hardness
24wt%CCB@Fe₃O₄/NR	1.79	3.62	8.92	663.88	63
29wt%CCB@Fe₃O₄/NR	2.63	6.73	16.18	635.28	70
33wt%CCB@Fe₃O₄/NR	2.61	5.18	10.10	626.88	78

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图 3 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的应力-应变曲线

Figure 3. Stress-strain curve of CCB@Fe₃O₄/NR absorbing films

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橡胶磨耗是橡胶在摩擦过程中产生表面破坏和发热,从而造成磨耗。在转动频率为60 r/min，转动次数为9次的条件下，24wt%CCB@Fe₃O₄/NR、29wt%CCB@Fe₃O₄/NR和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR的磨耗值分别为0.0518、0.0669和0.0853 g。3组样品的磨耗性能呈逐步下降趋势，是由于在提高CCB的用量时，橡胶的刚度也会增加。在不削弱CCB提供的刚度前提下，若想增强橡胶的磨耗性能，就需削弱硫化体系所提供的刚度，即适当的降低硫化交联密度^[28]。结合以上数据得出，29wt%CCB@Fe₃O₄/NR的力学性能最佳。

2.3 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的电磁参数

材料的电磁参数主要受到复介电常数(ε_r=ε'−jε")和复磁导率(μ_r=μ'−jμ")的影响，由实部(ε'和μ')和虚部(ε"和μ")组成，分别代表材料对电磁能量的储存和损耗能力^[9]。图4(a)和图4(b)表明24wt%CCB@Fe₃O₄/NR，29wt%CCB@Fe₃O₄/NR和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR的实部ε'值在15.2~10.4，19.9~13.1和34.1~17.5之间变化，并呈下降趋势，这是由电偶极子的取向极化滞后电场的周期性变化及CCB@Fe₃O₄与NR之间的非均质界面增强界面极化引起的^{[1, 29]}。3组样品的虚部ε"值分别在4.3~2.0、6.2~2.5和28.0~2.1之间变化。显然，ε"值随着CCB@Fe₃O₄含量的增加而逐渐增大，这是由于样品中导电网络的愈发完整，引起电导率增大。根据自由电子理论，复介电常数会随样品导电性的增加而增加^[13]。而样品中导电网络的完整有利于在电磁场作用下形成局部电流，使电磁能转化为热能而消耗。此外，3组样品的介电常数值都随着频率的增加而减小，表现出显著的频率色散现象，这有利于电磁波的耗散^[30]。结果表明，随着样品中CCB@Fe₃O₄含量的增加，ε′和ε″呈现上升趋势，说明CCB@Fe₃O₄对改善样品的介电性能具有积极作用。此外，3组样品的ε″曲线出现了轻微波动(图4(b))，这应该是由极化弛豫引起的。图4(e)和图4(f)显示3组样品的μ′和μ"曲线呈波浪状，随着频率的增加，总体趋势为上升，并且μ"曲线在6.48 GHz、12.0 GHz和16.88 GHz处出现了3个明显峰值，这是由磁共振行为引起的^[10-11]。33wt% CCB@Fe₃O₄/NR的μ′和μ"在所有样品中最大，表明33wt%CCB@Fe₃O₄/NR对电磁波的磁能具有最佳的存储和损耗能力，说明CCB@Fe₃O₄含量的增加可以提高样品的磁性能。

图 4 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的复介电常数的实部ε' (a) 和虚部ε" (b)、复磁导率的实部μ' (e) 和虚部μ" (f)、介电损耗角正切tanδ_ε (c) 和磁损耗角正切tanδ_μ (g)、Cole-Cole半圆 (d) 和μ″(μ′)⁻²f ⁻¹曲线 (h)

Figure 4. Frequency dependences of the real part ε' (a) and imaginery part ε'' (b) of the complex permittivity, real part μ' (e) and imaginary part μ''(f) part of the complex permeability, dielectric loss tangent (c) and magnetic loss tangent (g), Cole-Cole semicircles (ε′ versus ε″) (d) and frequency dependences of μ″(μ′)⁻²f ⁻¹ (h) for CCB@Fe₃O₄/NR absorbing films

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tanδ_ε值和tanδ_μ值分别代表样品的介电损耗能力和磁损耗能力^[31]。从图4(c)和图4(g)可以看出，随着频率的增加，3组样品的介电损耗能力总体上呈现下降趋势，磁损耗能力不断增强。在整个测量频率范围内，24wt%CCB@Fe₃O₄/NR和29wt%CCB@Fe₃O₄/NR的介电损耗能力大于磁损耗能力，表明这两组样品对电磁波的损耗机制以介电损耗为主。对于33wt%CCB@Fe₃O₄/NR，在2~10.32 GHz的频率范围内，其介电损耗能力大于磁损耗能力，在10.32~18 GHz的频率范围内，其磁损耗能力大于介电损耗能力。

通过下列公式，可以用德拜理论描述样品的介电弛豫过程^{[1, 32]}。

$\left(\varepsilon \prime -\frac{{\varepsilon }_{s}+{\varepsilon }_{\infty }}{2}\right)+{(\varepsilon ″)}^{2}={\left(\frac{{\varepsilon }_{s}-{\varepsilon }_{\infty }}{2}\right)}^{2}$

(1)

$\varepsilon ″=\frac{{\varepsilon }_{s}-{\varepsilon }_{\infty }}{1+{\omega }^{2}{\tau }^{2}}\omega \tau \text+\frac{\sigma }{\omega {\varepsilon }_{0}}\text={\varepsilon }_{\text{p}}″+{\varepsilon }_{\text{c}}″$

(2)

${\varepsilon }_{\text{c}}″=\frac{\sigma }{\omega {\varepsilon }_{0}}$

(3)

${\varepsilon }_{\text{p}}″=\frac{{\varepsilon }_{s}-{\varepsilon }_{\infty }}{1+{\omega }^{2}{\tau }^{2}}\omega \tau \text=\varepsilon ″-{\varepsilon }_{\text{c}}″$

(4)

其中：ε_∞和ε_s是高频极限下的相对介电常数和静态介电常数；σ、ω、τ、ε_c"和ε_p"分别代表电导率、角频率、弛豫时间、电荷传输和弛豫对ε"的贡献。

图4(d)为ε'-ε"曲线(Cole-Cole半圆)，对应于弛豫过程，曲线末端呈直线，表明德拜弛豫过程中存在较强的导电损失^[33]。图4(d)显示3组样品的ε'-ε"曲线都出现3个半圆，表明微波吸收过程中存在三重极化弛豫，与tanδ_ε曲线相对应。极化强度可以通过半圆直径来反映，随着CCB@Fe₃O₄添加量的增加，曲线的半圆直径逐渐变大，并向高值区迁移。因此，CCB@Fe₃O₄添加量的改变会影响极化弛豫过程^[34]。其中，33wt%CCB@Fe₃O₄/NR的介电常数受德拜弛豫的影响更显著，由于它的ε'−ε"曲线中的半圆直径最大。

介电损耗主要包括偶极取向极化、电子极化、界面极化和离子极化^[35]。由于电子极化和离子极化通常发生在10³~10⁶ GHz频率范围^[29]。因此，CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的介电损耗方式主要包括界面极化和偶极取向极化。NR中具有高介电性和高比表面积的CCB@Fe₃O₄颗粒会形成缺陷，促进界面极化的形成。Fe₃O₄和CCB之间的电荷差会引起电荷转移，形成偶极子，有利于偶极取向极化和界面极化。

磁损耗也是电磁波吸收的重要因素，主要包括涡流损耗、磁滞损耗、自然共振、交换共振和畴壁共振^[9]。常用下式来确定磁损耗类型^[36]。

${C}_{0}=\mu ″{\left(\mu^\prime \right)}^{-2}{ƒ}^{-1}=2\pi {\mu }_{0}\sigma {d}^{2}/3$

(5)

当磁损耗仅源于涡流损耗时，μ ″(μ ′)⁻²f ⁻¹曲线应保持不变，由图4(h)可知，不断波动的μ ″(μ ′)⁻²f ⁻¹曲线表明涡流损耗不占主导地位。此外，应排除畴壁共振和磁滞损耗，由于前者发生在1~100 MHz之间，后者源于不可逆磁化过程，在弱场条件下会消除^[37]。因此，CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的主要磁损耗机制是自然共振和交换共振，出现在5.92 GHz的共振峰属于自然共振，而出现在12.0和16.8 GHz的共振峰则源于交换共振^[38]。

根据德拜理论，可以将极化损耗(ε_p″)和传导损耗(ε_c″)从ε″中分离出来，以详细阐述介电损耗的来源。24wt%CCB@Fe₃O₄/NR、29wt%CCB@Fe₃O₄/NR和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR的电导率分别为3.51、4.40和4.77 s/m。由此，图5描绘了3组样品的ε_c″和ε_p″的频率相关性曲线。显然，3组样品的ε_c″和ε_p″随着CCB@Fe₃O₄含量的增加呈增大趋势，这是源于CCB@Fe₃O₄对改善样品的介电性能具有积极作用。同时，ε_c″随着频率的增加呈下降趋势。由于建立了最有效的电子传输通道，33wt%CCB@Fe₃O₄/NR具有最优的ε_c″。实现高介电损耗的一个有效策略是调整ε_c″和ε_p″，这是基于两者之间的协同作用^{[1, 39]}。

图 5 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR (a)、29wt%CCB@Fe₃O₄/NR (b) 和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR (c) 的传导损耗(ε_c″)和极化损耗(ε_p″)的频率相关性曲线

Figure 5. Frequency dependency of conduction loss (ε_c″) and polarization loss (ε_p″) for 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR (a), 29wt%CCB@Fe₃O₄/NR (b) and 33wt%CCB@Fe₃O₄/NR (c)

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3个样品的Cole-Cole曲线被细分为不同的组分，以更深入地展示样品的弛豫行为(图6)。显然，所有曲线在3.84、9.12和13.92 GHz都出现了3个弛豫峰，这也证明了样品在吸收电磁波时存在三重极化弛豫过程。根据文献[7, 40]报道，这源于样品缺陷处的偶极弛豫、磁性Fe₃O₄簇残留和各类官能团。而电磁能可以通过弛豫转化为热能。

图 6 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d), (g))、29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((b), (e), (h)) 和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f), (i)) 的Cole-Cole曲线

Figure 6. Cole-Cole plots for 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d), (g)), 29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((b), (e), (h)) and 33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f), (i))

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2.4 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的吸波性能

根据传输线理论，通过下式计算CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的RL值，以评估其微波吸收性能^{[7, 36]}。

${\varepsilon }_{{\rm{r}}}=\varepsilon ^\prime -{\rm{j}}\varepsilon ″$

(6)

${\mu }_{{\rm{r}}}\text=\mu ^\prime -{\rm{j}}\mu ''$

(7)

${Z_{{\rm{in}}}} = {Z_0}\sqrt {\frac{{{\mu _{\rm{r}}}}}{{{\varepsilon _{\rm{r}}}}}} \tanh \left[ {{\rm{j}}\left( {\frac{{2\pi fd}}{c}} \right)\sqrt {{\mu _{\rm{r}}}{\varepsilon _{\rm{r}}}} } \right]$

(8)

${\text{RL(dB) = 20}}{{\text{lg}}}\left| {\frac{{{Z_{{\rm{in}}}} - {Z_0}}}{{{Z_{{\rm{in}}}} + {Z_0}}}} \right|$

(9)

其中：c、μ_r、f、ε_r和d分别是光速、复磁导率、频率、复介电常数和厚度；Z₀是自由空间阻抗；Z_in是输入阻抗。

图7显示三组样品在2~18 GHz频率范围内，样品厚度为1~5 mm时的三维和二维RL图。当材料可以吸收超过90%的入射电磁波(即RL≤−10 dB)时，就可以作为微波吸收材料来使用。在此，厚度为5.0 mm的24wt%CCB@Fe₃O₄/NR在4.16 GHz处达到−19.7 dB的最小RL，EAB为0.88 GHz(3.76~4.64 GHz)。当24wt%CCB@Fe₃O₄/NR的厚度减小到4.0 mm时，EAB增大到2.8 GHz。厚度为5.0 mm的29wt%CCB@Fe₃O₄/NR在3.6 GHz处达到−40.5 dB的最小RL，EAB为0.72 GHz(3.28~4.0 GHz)。当29wt%CCB@Fe₃O₄/NR的厚度减小到1.5 mm时，EAB增大到2.4 GHz(11.9~14.3 GHz)。33wt%CCB@Fe₃O₄/NR的RL在16.16 GHz处达到−19.5 dB，厚度为1.0 mm，EAB为3.52 GHz(14.48~18 GHz)。

图 7 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d))、29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((b), (e)) 和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f)) 的3D和2D反射损耗图；24wt%CCB@Fe₃O₄/NR (g)、29wt%CCB@Fe₃O₄/NR (h) 和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR (i) 的2D阻抗匹配图

Figure 7. 3D and 2D maps of RL in 2.0-18.0 GHz with a diverse matching thickness (1.0-5.0 mm) for 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d)), 29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((b), (e)) and 33wt% CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f)); 2D maps of Z values of 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR (g), 29wt%CCB@Fe₃O₄/NR (h) and 33wt%CCB@Fe₃O₄/NR (i)

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基于Z=|Z_in/Z₀|值的阻抗匹配可由式(8)表示。当Z=1或Z_in接近Z₀时，吸收体与自由空间之间的阻抗匹配达到最佳，表明吸收体表面几乎没有反射电磁波，大部分电磁波可以进入吸收体并转化为热能或被干扰衰减^{[7, 41]}。图7(g)~7(i)为3组样品的阻抗匹配图，Z值接近1(0.8~1.2)的范围用黑色虚线包围。随着样品中CCB@ Fe₃O₄添加量的增加，Z值接近1的最宽频率范围逐渐减小。33wt%CCB@Fe₃O₄/NR的Z值在整个频率范围内都小于1，这表明过多的CCB@Fe₃O₄会使样品的电导率和介电性能过大，从而恶化样品的阻抗匹配。

同时，干涉相消也会影响材料对电磁波的吸收性能。图8为24wt%CCB@Fe₃O₄/NR、29wt%CCB@Fe₃O₄/NR和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR的干涉相消图。可以看出，随着厚度的增加，吸收峰的位置向低频方向偏移，这可以用下式来解释^[42]。

图 8 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d))，29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((b), (e)) 和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f)) 的干涉相消图

Figure 8. Destructive interference diagram for 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d)), 29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((b), (e)) and 33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f))

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${t_{\rm{m}}} = \frac{{n\lambda }}{4} = \frac{{nc}}{{4{f_{\rm{m}}}\sqrt {|{\mu _{\rm{r}}}||{\varepsilon _{\rm{r}}}|} }}\quad \left( {{{n}} = 1,3,5 \cdots } \right)$

(10)

其中，t_m、ƒ_m、λ、|ε_r|和|μ_r|分别表示匹配厚度、峰值频率、电磁波波长、ε_r和μ_r的模量。

当反射损耗曲线符合式(10)时，入射和反射电磁波的相位相反，振幅相等，干涉相消会导致电磁波衰减。图8显示3组样品的反射损耗峰都基本符合λ/4模型，这表明入射电磁波在吸收体中会相互干扰和耗散，结果证明干涉相消也是样品衰减电磁波的一种方式。

衰减常数α在反映电磁波吸收特性方面同样重要，它可以根据下式计算^[43]。

$\begin{split} \alpha \text=&\frac{\sqrt{2}{\text{π}} f}{c} \\ &\sqrt{(\mu ''\varepsilon ''-\mu ^\prime \varepsilon^ \prime )+\sqrt{{(\mu ''\varepsilon ''-\mu ^\prime \varepsilon ^\prime )}^{2}+{(\mu ^\prime \varepsilon ''+\mu ''\varepsilon ^\prime )}^{2}}} \end{split}$

(11)

其中：ƒ是频率；c是光速。

图9为3组样品的α随频率变化的曲线。可以看出，24wt%CCB@Fe₃O₄/NR和29wt%CCB@Fe₃O₄/NR的α曲线差异不明显，而33wt%CCB@Fe₃O₄/NR的α明显大于其他两组样品，这是由于33wt% CCB@Fe₃O₄/NR具有最强的介电损耗和磁损耗能力。然而，综合评价3组样品的性能，29wt%CCB@Fe₃O₄/NR具有最佳的电磁波吸收性能，这归因于适当的衰减能力和电-磁协同效应导致的优异阻抗匹配。

图 9 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的衰减因子(α)曲线

Figure 9. Frequency dependences of the attenuation constant (α) for CCB@Fe₃O₄/NR absorbing films

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CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的吸波机制如图10所示。由于出色的阻抗匹配，大部分入射电磁波可以进入样品中，而不会反射出去。同时，具有高介电常数和高比表面积的CCB@Fe₃O₄颗粒能产生较强的界面散射，使入射电磁波在样品中进行多重反射和散射，大大扩展了传播路径，有利于电磁波的耗散^[44]。Fe₃O₄和CCB之间的电荷转移产生的偶极子和样品中的缺陷有利于促进极化损耗，同时，电磁能可以通过弛豫转化为热能。样品中分散的CCB@Fe₃O₄复合材料形成的导电网络有助于延长电磁波的传输路径，提高导电损耗。此外，由介电损耗(界面极化和偶极极化)、磁损耗(交换共振和自然共振)和干涉相消组成的协同损耗机制也是电磁波衰减的关键因素。

图 10 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的吸波机制图

Figure 10. Microwave absorbing mechanism of CCB@Fe₃O₄/NR absorbing films

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表3将CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片与其他文献报道的橡胶基复合吸波材料进行对比分析。结果表明，CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片在相对较薄的厚度下具有强RL和较宽的EAB，性能优于所列的大部分复合材料，展现出优异的“薄、宽、强”吸波特性。

表 3 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片与类似工作的电磁波吸收性能对比

Table 3. Comparison of electromagnetic wave absorption performance of CCB@Fe₃O₄/NR absorbing films with similar work

Sample	Thickness/mm	RL/dB	EAB/GHz	Reference
CCB/NR/epoxidized NR	3.0	−23.58	3.04	[23]
CCB/NR	5.5	−15.64	3.20	[45]
CCB/Methacrylate grafted NR	−	−22.38	1.68	[46]
Fe₃O₄/Thermoplastic NR	9.0	−25.51	2.70	[47]
CCB@Fe₃O₄/NR	5.0	−40.5	0.72	This work

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3. 结论

(1) 当导电炭黑(CCB)@Fe₃O₄含量增加时，CCB@Fe₃O₄/天然橡胶(NR)吸波胶片的断裂伸长率降低，硬度增大且磨耗性能降低。

(2) 样品优异的吸波性能源于适当的衰减能力和电-磁损耗协同效应引起的强界面散射、高导电损耗和出色的阻抗匹配。

(3) 当样品中CCB@Fe₃O₄含量为29wt%时，在3.6 GHz处达到−40.5 dB的最佳反射损耗(RL)，有效吸收带宽(EAB)为0.72 GHz，厚度为5.0 mm。当样品的厚度减小到1.5 mm时，EAB增大到2.4 GHz。

本文制备的CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片为天然橡胶基吸波材料的实际应用提供了借鉴。

图 1 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d))、29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ( (b), (e)) 和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f)) 样品的EPMA图像

Figure 1. EPMA images of 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d)), 29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((b), (e)) and 33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f))

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图 3 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的应力-应变曲线

Figure 3. Stress-strain curve of CCB@Fe₃O₄/NR absorbing films

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图 5 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR (a)、29wt%CCB@Fe₃O₄/NR (b) 和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR (c) 的传导损耗(ε_c″)和极化损耗(ε_p″)的频率相关性曲线

Figure 5. Frequency dependency of conduction loss (ε_c″) and polarization loss (ε_p″) for 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR (a), 29wt%CCB@Fe₃O₄/NR (b) and 33wt%CCB@Fe₃O₄/NR (c)

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图 6 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d), (g))、29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((b), (e), (h)) 和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f), (i)) 的Cole-Cole曲线

Figure 6. Cole-Cole plots for 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d), (g)), 29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((b), (e), (h)) and 33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f), (i))

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图 8 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d))，29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((b), (e)) 和33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f)) 的干涉相消图

Figure 8. Destructive interference diagram for 24wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((a), (d)), 29wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((b), (e)) and 33wt%CCB@Fe₃O₄/NR ((c), (f))

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图 9 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的衰减因子(α)曲线

Figure 9. Frequency dependences of the attenuation constant (α) for CCB@Fe₃O₄/NR absorbing films

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图 10 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的吸波机制图

Figure 10. Microwave absorbing mechanism of CCB@Fe₃O₄/NR absorbing films

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表 1 导电炭黑(CCB)@纳米Fe₃O₄/天然橡胶(NR)吸波胶片的填料配方

Table 1 Filler formula of conductive carbon black (CCB)@nano Fe₃O₄/natural rubber (NR) absorbing films

Sample	NR/g	DMPPD/g	C₁₈H₃₆O₂/g	CZ/g	ZnO/nano-ZnO/g	CCB@Fe₃O₄/g	S/g
24wt%CCB@Fe₃O₄/NR	100	1	2	1	5	35	2
29wt%CCB@Fe₃O₄/NR	100	1	2	1	5	45	2
33wt%CCB@Fe₃O₄/NR	100	1	2	1	5	55	2

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表 2 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的力学性能

Table 2 Mechanical properties of CCB@Fe₃O₄/NR absorbing films

Sample	100% modulus/MPa	300% modulus/MPa	Tensile strength/MPa	Break elongation/%	Shore hardness
24wt%CCB@Fe₃O₄/NR	1.79	3.62	8.92	663.88	63
29wt%CCB@Fe₃O₄/NR	2.63	6.73	16.18	635.28	70
33wt%CCB@Fe₃O₄/NR	2.61	5.18	10.10	626.88	78

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表 3 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片与类似工作的电磁波吸收性能对比

Table 3 Comparison of electromagnetic wave absorption performance of CCB@Fe₃O₄/NR absorbing films with similar work

Sample	Thickness/mm	RL/dB	EAB/GHz	Reference
CCB/NR/epoxidized NR	3.0	−23.58	3.04	[23]
CCB/NR	5.5	−15.64	3.20	[45]
CCB/Methacrylate grafted NR	−	−22.38	1.68	[46]
Fe₃O₄/Thermoplastic NR	9.0	−25.51	2.70	[47]
CCB@Fe₃O₄/NR	5.0	−40.5	0.72	This work

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目的
随着现代信息技术的迅猛发展，新型电子仪器、无线通讯设备以及雷达等装备的普遍使用，电磁辐射引起的电磁污染也日益严重，不仅影响人类身体健康和设备稳定性，而且威胁国防安全。电磁波吸收材料是防电磁辐射特种功能材料的一种，不仅应用于军事隐身领域，还广泛应用于通信设备、网络终端、存储设备、消费电子以及电源器件等电子设备中，可有效降低电子元器件和设备的电磁干扰，保证其信号传输的稳定性，温度稳定性和电气性能的一致性。本文通过一步法将具有磁损耗的纳米FeO与具有介电损耗和传导损耗的导电炭黑(CCB)相复合，构筑具有优异电磁损耗和阻抗匹配的CCB@FeO复合吸波剂，并将其填充到天然橡胶(NR)中得到具有优异性能的CCB@FeO/NR吸波胶片，探索CCB@FeO的添加量对材料机械性能和吸波性能的影响规律，为天然橡胶基吸波材料的开发与应用提供理论基础和科学依据。
方法
本文中材料的制备方法包括CCB@FeO吸波剂的制备和CCB@FeO/NR吸波胶片的制备。(1)溶胶凝胶法制备CCB@FeO吸波剂：首先将CCB加入配置好的NaOH溶液中，再通过超声和真空泵抽滤得到表面羟基化处理后的CCB。然后将分别配置好的FeCl溶液和FeCl溶液混合，加入制得的羟基化CCB和少量氨水，在水浴加热下搅拌，再用真空泵将溶剂抽干并用无水乙醇清洗，从而得到黑色固体，干燥并研磨后即得到CCB@FeO复合材料。(2)CCB@FeO/NR吸波胶片的制备：使用双辊开炼机对NR进行塑炼，然后加入ZnO/纳米ZnO、防老剂、硬脂酸、促进剂等各种填料进行混炼，然后加入CCB@FeO复合材料，混炼均匀后加入硫磺，放入平板硫化剂进行硫化，最终制备出具有优异力学性能和吸波性能的 CCB@FeO/NR吸波胶片。
结果
(1) CCB@FeO/NR吸波胶片表面有数量不同的颗粒，并且随着CCB@FeO添加量的增加，样品表面的颗粒逐渐聚集变成小团聚体，小团聚体间的距离随着CCB@FeO添加量的增多而逐渐减小，从而形成连通的导电网络。此外，样品表面可观察到微小的裂纹和缺陷。(2) CCB@FeO复合材料中，CCB颗粒容易团聚，在CCB表面可看到细小的纳米颗粒，单个CCB@FeO纳米颗粒的直径约为20 nm，0.297 nm和0.34 nm的晶格条纹间距分别对应于FeO的(220)晶面和石墨碳的(002)晶面，同时也能观察到无序碳的存在。(3) 在20000 Oe的磁场强度下，CCB@FeO复合材料展现出一定的铁磁性。此外，由于大量非磁性CCB的存在，所有样品的饱和磁化强度(s)值都远低于块状FeO。(4) 随着CCB@FeO添加量的增加，CCB@FeO/NR吸波胶片的断裂伸长率有所下降，定伸应力、硬度和抗拉强度有增大趋势，但磨耗性能降低。(5) 当CCB@FeO添加量为29 wt%时，样品达到-40.5 dB的最小反射损耗，有效吸收带宽为2.4 GHz，厚度为5.0 mm，并展现出最佳的抗拉强度、硬度和磨耗性能。材料优异的吸波性能来源于电-磁损耗协同效应引起的阻抗匹配、强电磁波衰减和高传导损耗。
结论
本文所制备的CCB@FeO/NR吸波胶片具有优异的机械性能和吸波性能，吸波剂CCB@FeO的添加量对吸波胶片的综合性能具有显著影响，因此在现实应用中，可通过调节吸波剂的添加量来调控吸波胶片的性能，来满足现实需求。

创新点

在电子设备使用愈发普遍的同时，电磁污染问题也日益严重，研发可以减轻甚至消除电磁污染的微波吸收材料越来越重要。Fe₃O₄因高居里温度、稳定性较好和磁损耗可调等优点而在吸波领域倍受关注，然而由于其存在介电常数低、阻抗匹配差、质量重等缺点，严重限制了它的进一步应用。
本文首先通过溶胶凝胶法制备了导电炭黑(CCB)@Fe₃O₄复合材料，再经过开炼、混炼及硫化过程制备了CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片。CCB@Fe₃O₄复合材料的引入可增强样品的界面损耗和极化损耗，而CCB在提供高导电性和介电常数的同时，还可增强材料的力学性能，最终样品在3.6 GHz处达到-40.5 dB的最佳反射损耗，有效吸收带宽为0.72 GHz，厚度为5.0 mm。
CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的反射损耗性能(a)和微波吸收机制图(b)

图(10) / 表(3)

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1. 实验部分
1.1 试剂
1.2 CCB的表面羟基化处理
1.3 CCB@Fe3O4复合材料的制备
1.4 CCB@Fe3O4/NR吸波胶片的制备
1.5 样品表征
2. 结果与讨论
2.1 CCB@Fe3O4/NR吸波胶片的微观结构及物相表征
2.2 CCB@Fe3O4/NR吸波胶片的力学性能
2.3 CCB@Fe3O4/NR吸波胶片的电磁参数
2.4 CCB@Fe3O4/NR吸波胶片的吸波性能
3. 结论

1. 实验部分
1.1 试剂
1.2 CCB的表面羟基化处理
1.3 CCB@Fe₃O₄复合材料的制备
1.4 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的制备
1.5 样品表征
2. 结果与讨论
2.1 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的微观结构及物相表征
2.2 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的力学性能
2.3 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的电磁参数
2.4 CCB@Fe₃O₄/NR吸波胶片的吸波性能
3. 结论

参考文献(47)

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创新点

CCB@Fe3O4/NR吸波胶片的制备与微波吸收性能

通讯作者: 申永前，博士，高级工程师，硕士生导师，研究方向为电磁波吸收材料 E-mail：syqch@163.com

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