活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭載二硫化鉬復合材料吸收微波

　　在尋找新型高性能微波吸收劑的過程中，二硫化鉬已顯示出作為微波吸收材料的前景，但其阻抗匹配差限制了其應用。活性炭存在的豐富孔隙促進了入射微波的多次反射和散射，在本文中，我們合成了活性炭載二硫化鉬復合材料，并測試了其微波吸收性能。

　　活性炭載鉬材料的合成

　　正如我們小組先前報道的那樣，基于農業廢物的活性炭通過簡便的碳化方法合成，然后使用KOH進行活化。活性炭載二硫化鉬復合材料是通過水熱法制備的。鉬酸鈉和l-半胱氨酸溶解在30ml的去離子水中。在去離子水中的活性炭超聲處理1小時后，將兩種溶液混合，然后攪拌2小時以形成均勻的溶液。二氧化鉬與活性炭的比率保持在1:0.5。通過向溶液中加入HCl將pH值降低到大約2。80毫升鉬酸鈉溶液，l-半胱氨酸，然后將活性炭轉移到特氟龍襯里的不銹鋼高壓釜(100毫升)中，并在180℃下加熱24小時。然后使用離心機用去離子水和乙醇洗滌制備的沉淀物直至達到中性pH。然后將洗滌過的樣品在烘箱中在100℃下干燥過夜。將所得的復合物被命名為載鉬活性炭，制備的說明在圖1顯示。

　　圖1：活性炭載二硫化鉬復合材料的制備示意圖。

　　微波吸收測量

　　為了研究微波吸收特性，將載鉬活性炭粉末和石蠟混合并在100℃下加熱。然后使用模具將混合物壓成環形。蠟中載鉬活性炭的重量百分比是變化的，并測試了10%、20%、30%、40%和50%。因此，樣品被命名為炭10、炭20、炭30、炭40和炭50，其中數字代表石蠟中載鉬活性炭的負載重量百分比。

　　形態和結構分析

　　圖2(a-d)中顯示的FESEM圖像描繪了二硫化鉬顆粒在活性炭上的分布。由于活化過程在活性炭結構中形成的空隙和孔作為二硫化鉬納米顆粒的成核位點，因此納米顆粒在孔內也是可見的圖2(c、d)。大多數納米粒子在60到80nm的范圍內。TEM圖像清楚地描繪了活性炭(圖2e)以及納米尺寸的二硫化鉬顆粒的形成(圖2f)。

　　圖2：(a-d)FESEM圖像，(e,f)TEM圖像，(g)HRTEM圖像和(h)載鉬活性炭的SAED圖案。

　　微波吸收特性

　　為了研究的吸收的微波吸收特性，這兩個重要參數，即εr和μr從矢量網絡分析儀獲得。由于二硫化鉬和活性炭都是非磁性材料，因此μr的值取為1。εr由兩部分組成：介電常數的實部代表能量的儲存，而虛部的介電常數介電常數表示能量耗散。所有樣品的ε值隨著頻率的增加呈下降趨勢，波動較小，如圖3a所示。炭10、炭20、炭30、炭40和炭50的ε值分別在2.69-2.57、3.95-3.49、5.19-4.54、7.58-6.33和11.68-9.08的范圍內。ε的值隨著石蠟中載鉬活性炭濃度的增加而增加，根據有效介質理論，并且石蠟中載鉬活性炭的增加導致界面極化的增加。石蠟基質內的多個界面由活性炭的多孔結構和二硫化鉬產生納米粒子，放大界面極化。因此，隨著填料二硫化鉬負載的增加，ε的值將明顯增加。

　　圖3：(a)載鉬活性炭-石蠟復合材料的相對復介電常數的實部和虛部，填充量從10%到50%不等。

　　與ε類似，圖3b中描繪的ε值也顯示出隨著填料(載鉬活性炭)負載增加而增加的趨勢。這可以歸因于活性炭含量的增加，這增加了樣品的電導率。增加碳含量會降低吸收劑的電阻率，從而增加ε值。當載鉬活性炭負載增加到10wt%以上時，在復介電常數中獲得了幾個弛豫峰。由于活性炭的加入導致電導率的增加導致額外電子的遷移，然后這些電子通過與晶格碰撞來轉換電磁能量，導致高傳導損耗。它還改進了阻抗匹配并減少了微波的表面反射，從而允許更多的微波進入吸收器。其次，石蠟中活性炭和二硫化鉬的結合導致了多個界面，從而增加了界面極化。第三，由于活性炭中存在的孔和缺陷導致的不對稱電荷分布導致偶極子的形成。在交變電磁場下，這些偶極子旋轉以與電磁場對齊，從而將電磁能轉化為熱量。因此，可以得出結論，活性炭載二硫化鉬具有用于微波吸收應用的潛力。

　　活性炭的加入在提高鉬復合材料的微波吸收性能，并且發揮了關鍵作用。二硫化鉬之間的協同作用是納米顆粒和活性炭導致高阻抗匹配、多次反射和改進的衰減常數值，這有助于增強載鉬活性炭的微波吸收特性。這些結果表明，載鉬活性炭是一種用于實際應用的有前途的介電雙波段微波吸收劑。

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