基于多壁碳纳米管的多层异质复合材料实现宽频带微波吸收性能研究

本文报道了一种新型多层复合电磁波吸收材料(MCEWAM)，通过水热法将镍铁氧体(NiFe2O4)吸附于多壁碳纳米管(MWCNT)表面，再与玻璃纤维毡(GFM)和轻木构成三明治结构。该材料在Ku波段实现-39.87 dB的反射损耗(RL)和超过6 GHz的有效吸收带宽(EAB)，其优异性能源于导电网络构建和多层衰减机制的协同作用，为日常生活电磁防护提供了创新解决方案。

　　

Highlight

本研究设计的MCEWAM成功解决了多层电磁波吸收材料(EWAMs)带宽窄的难题。实验表明，该复合材料展现出卓越的电磁波吸收性能：反射损耗(RL)达-39.87 dB，有效吸收带宽(EAB)超过6 GHz，可覆盖整个Ku波段。这种优异的吸收性能源自FeNi/MWCNT与GFM构建的导电网络和多层衰减机制。磁电耦合效应显著增强了导电损耗，而层间界面引发的多重反射和散射进一步提升了电磁波衰减效率。

Materials

实验采用比利时产多壁碳纳米管(MWCNT，纯度≥90%)作为基材，配合七水合硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)、乙二醇(EG)和N-N二甲基乙酰胺(DMF)等试剂。通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助分散，七水合硫酸镍(NiSO₄·7H₂O)提供镍源，最终在玻璃纤维毡(GFM)上构建三维多孔导电网络。

Microstructure of the FeNi/MWCNT/GFM loss layer

如图1a所示，MWCNT表面丰富的官能团和缺陷位点成为Fe²⁺和Ni²⁺的理想锚定位点。通过浸渍法将FeNi/MWCNT溶液均匀负载于GFM纤维网络，其中GFM的三维结构不仅为MWCNT提供支撑骨架，其多孔特性更有利于电磁波的多重散射和干涉衰减。

Conclusion

本工作通过创新性的多层结构设计，成功开发出具有宽频带特性的MCEWAM。磁性纳米粒子与碳管的协同作用产生了显著的磁电耦合效应，而精心设计的层间阻抗梯度则实现了电磁波能量的高效耗散。这种"导电网络+多层衰减"的双重机制为新一代电磁防护材料的设计提供了重要参考。