制备了表面修饰有RGO（氧化钌）和Fe3O4的碳纳米纤维复合材料，以实现高效的电磁波吸收性能

《Journal of Alloys and Compounds》：Construction of RGO and Fe 3O 4-decorated carbon nanofibers composites for efficient electromagnetic wave absorption performance

碳纤维/石墨烯氧化物/铁氧体复合材料通过简单浸渍和化学共沉淀法合成，利用电与磁损耗协同机制实现2-18GHz宽频带高效电磁波吸收（峰值反射损耗63dB@4.44GHz，带宽4.1GHz，厚度1.5mm）。研究揭示了RGO的介电损耗与Fe3O4的磁损耗通过界面极化和磁阻尼协同作用优化阻抗匹配，XRD、SEM/EDS和TEM表征证实材料具有三维纳米结构特征。

　　随着科技的飞速发展，电磁波已经渗透到我们的日常生活中，这在带来便利的同时也引发了电磁污染的问题。电磁污染不仅影响了人类健康，还对电子设备和国家安全构成了潜在威胁。因此，开发高效、轻质的电磁波吸收材料成为了一个重要的研究方向。这类材料不仅能够有效吸收入射的电磁波，降低目标的回波强度，还能够将电磁能转化为热能或其他形式的能量，从而消除电磁污染，实现环境保护。

在众多电磁波吸收材料中，碳基复合材料因其优异的导电性、良好的稳定性和轻质特性而备受关注。然而，传统的碳纤维材料由于单一的介电损耗行为，导致其在电磁波吸收方面的性能受限。为了克服这一问题，研究者们尝试通过引入磁性损耗机制，优化材料的阻抗匹配特性，从而提升其电磁波吸收能力。磁性材料如Fe?O?具有出色的电磁损耗性能，其与碳材料之间的相互作用可以产生界面极化、偶极弛豫和磁性损耗，从而增强整体的电磁吸收效果。

本文提出了一种基于碳纤维（CF）、还原氧化石墨烯（RGO）和Fe?O?磁性颗粒的复合材料。该材料通过简单的浸渍和化学共沉积方法制备，结合了介电损耗和磁性损耗的双重机制，从而实现了高效的电磁波吸收性能。实验结果表明，CF/RGO/Fe?O?复合材料在2-18 GHz的频率范围内表现出优异的吸收性能，其中在4.44 GHz处的反射损失达到了63 dB，显示出极强的电磁波吸收能力。此外，该材料在仅1.5 mm的匹配厚度下，吸收带宽可以达到4.1 GHz，进一步证明了其在实际应用中的潜力。

为了实现这一目标，研究团队采用了多组分组合策略。通过将RGO与Fe?O?磁性颗粒结合，不仅提升了材料的导电性和磁性性能，还通过优化阻抗匹配条件，使得材料在电磁波吸收方面表现出色。RGO作为一种轻质、高比表面积的二维片状材料，具有良好的导电性和独特的物理化学性质，如亲水性、分散性和含氧官能团。这些特性使得RGO在电磁波吸收材料中具有重要地位。然而，RGO的单一介电损耗行为限制了其在吸收材料中的应用，因此需要引入磁性损耗机制来优化其性能。

Fe?O?是一种磁性铁氧体材料，具有良好的电磁损耗性能。通过将Fe?O?与RGO结合，可以实现介电损耗和磁性损耗的协同作用，从而提升材料的整体吸收能力。在实验过程中，通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）结合能谱分析（EDS）以及透射电子显微镜（JEM-2100F）对CF/RGO/Fe?O?的相结构和微观形貌进行了表征。同时，通过测量磁化率和复介电常数，分析了磁通密度和材料的损耗机制，进一步验证了其双重损耗特性。

在材料的制备过程中，首先将聚丙烯腈（PAN）纤维浸入含有RGO和氨基终止超支化聚合物（NHBP）的混合溶液中，随后将其浸入海藻酸钠（SA）溶液中。通过实验观察，GO溶液在与NHBP反应后，颜色从深棕色变为黑色，并从沉淀状态转变为均匀分散状态，表明GO已被成功还原为RGO。RGO的表面不饱和离子和表面官能团能够与金属离子发生反应，从而形成稳定的化学结构，增强材料的电磁波吸收性能。

此外，为了提高RGO的分散性和稳定性，研究团队采用了一种新型的修饰方法。通过将NHBP修饰在RGO表面，形成了一种具有丰富氨基基团的材料，这些氨基基团能够与RGO的羧基反应，生成酰胺键，从而增强RGO的分散性和稳定性。同时，NHBP内部的空腔结构可以防止RGO的团聚，进一步提升其在电磁波吸收材料中的性能。

为了实现更好的阻抗匹配，研究者们还结合了磁性材料Fe?O?。Fe?O?不仅具有良好的磁性损耗性能，还能与RGO发生电荷转移，从而产生界面极化和偶极弛豫，增强材料的整体吸收能力。通过实验分析，CF/RGO/Fe?O?复合材料在阻抗匹配方面的优化，使得其在电磁波吸收性能上表现优异。同时，材料的多孔结构和高比表面积进一步提升了其对电磁波的吸收效率。

在实验过程中，研究团队还对CF/RGO/Fe?O?复合材料的性能进行了系统的测试和分析。测试结果表明，该材料在2-18 GHz的频率范围内具有良好的吸收性能，其中在4.44 GHz处的反射损失达到了63 dB，显示出极强的电磁波吸收能力。此外，该材料在仅1.5 mm的匹配厚度下，吸收带宽可以达到4.1 GHz，进一步证明了其在实际应用中的潜力。

综上所述，本文提出的CF/RGO/Fe?O?复合材料具有优异的电磁波吸收性能，其双重损耗机制（介电损耗和磁性损耗）有效提升了材料的阻抗匹配能力。通过优化材料的组成和结构，使得其在电磁波吸收方面表现出色，具有广泛的应用前景。该材料不仅能够有效吸收电磁波，降低目标的回波强度，还能够将电磁能转化为热能或其他形式的能量，从而消除电磁污染，实现环境保护。因此，CF/RGO/Fe?O?复合材料有望成为一种新型的高效电磁波吸收材料，为未来的电子设备和环境保护提供新的解决方案。