活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　隨著電子技術的飛速發展，電磁干擾已成為繼水污染，大氣污染和噪聲污染之后的第四大污染類型，并可能影響生物生活。同時，電磁波的泄漏也會影響電子設備的正常運行，造成嚴重的損失。研發活性炭電磁屏蔽材料對提高生活質量和電磁工業生產具有重要意義，我們使用原位還原法制備活性炭載鐵的復合纖維材料。所得活性炭在室溫下表現出超順磁性。使用拱形法測量活性炭在8.2-18GHz頻率范圍內吸收電磁波的效果。

　　通常，由于磁性粒子顆粒的高度復雜的磁導率可用于吸收電磁波。然而，它們的高密度和窄吸收帶限制了它們的適用性。電磁波損耗使得總損耗由磁損耗和電損耗決定。將磁性材料與電介質結合不僅可以減輕重量，還可以通過阻抗匹配實現更好的微波吸收。活性炭是一種介電損耗材料，碳含量大于95%。與磁性金屬材料相比，活性炭具有低密度和低熱膨脹系數的優點，以及高頻電磁波的良好吸收性。然而，并非每種類型的活性炭都可用作微波吸收材料，這取決于活性炭的導電性。過高的導電性導致活性炭反射電磁波，這強烈地影響它們吸收微波的能力。因此，只有經過特殊處理的活性炭才能用于吸收微波。由于復合材料內部的多次反射和較長的傳播距離，使用活性炭是增加電磁波吸收的方法之一。

　　我們通過在活性炭上涂覆Fe3 O4磁性顆粒，制備了一種輕質纖維復合材料，能夠在寬帶上吸收電磁波。使用原位還原法施加Fe3 O4磁性顆粒，并且使用拱形法研究在8.2-18GHz的頻率范圍內活性炭和活性炭/ Fe3 O4纖維的反射率。

　　活性炭吸收電磁波性能測試

　　采用拱形法研究了電磁波吸收性能。測試裝置在圖1中示意性地示出。矢量網絡分析儀與接收和發射天線相連，其中一個具有增強和發射頻率電磁波的功能，另一個具有接收反射信號的功能。根據反饋信號強度，活性炭載鐵復合纖維材料的尺寸為180×180mm，厚度為2mm。

　　圖1：拱法電磁波吸收試驗裝置。

　　活性炭的相組成和形態

　　通過FESEM表征活性炭和載鐵活性炭的微觀結構。圖2(a)顯示活性炭的SEM圖像。活性炭的表面相對光滑，表面上沒有表明殘留雜質的顆粒。圖2(b)和(c)顯示了不同放大倍數下載鐵活性炭的SEM圖像。大多數Fe3 O4顆粒均勻分布在活性炭表面上。Fe3 O4顆粒的形狀是不規則的，而它們的尺寸在15-60nm的范圍內，這對應于從XRD圖案計算的顆粒尺寸。圖2(d)顯示，所制備的載體活性炭易于彎曲，表明處理后具有良好的柔韌性。

　　圖2：活性炭復合材料纖維的SEM和實物圖。

　　磁和電磁波吸收特性

　　活性炭復合纖維材料在室溫下-20000至20000 Oe范圍內的磁滯回線在圖3顯示，其形狀是典型的S曲線，對應于超順磁行為。包括飽和磁化強度Ms，磁矯頑力HC和剩余磁化強度Mr的磁特性。活性炭復合材料的Ms低于塊狀Fe3 O4，這可以通過活性炭載入Fe3O4納米粒子來解釋，這與發現的結果非常一致。

　　圖3：室溫下活性炭載鐵復合纖維材料的磁滯回線。

　　拱形法是一種簡單實用的方法，利用該方法可以精確測量微波吸收材料的反射率而不破壞其結構。由于活性炭制成的纖維是具有相對高電阻的非金屬導電纖維材料，因此可以將其視為電磁場中的諧振子，其與入射電磁波共振以形成耗散電流。這種產生的光電流最終在材料系統中消耗。活性炭也可以在電磁場的作用下被視為偶極子。活性炭的表面極化進一步消散和衰減光電流，在周圍基質的作用下將電磁能轉換為其他形式的能量。在加載Fe3 O4納米粒子后，活性炭的吸收性能大大提高。這種增強的性能主要歸因于納米Fe3 O4的獨特電磁性質。附著的Fe3 O4具有磁滯損耗，自然諧振和電磁波交換共振的功能，導致電磁波的顯著衰減。此外，磁性納米粒子增加了與電磁波的有效接觸界面，大大增強了界面極化效應。因此，復合材料的增強吸收性能是由于電損耗活性炭和磁損耗Fe 3 O 4的協同效應。

　　結論，我們使用原位還原法成功制備了活性炭載鐵復合纖維材料。Fe 3 O 4是納米顆粒的形式，其均勻地分散在活性炭的表面上并且在室溫下表現出超順磁性。活性炭對微波反射效果一般，但是也能有效吸收帶寬。相比之下活性炭載鐵復合材料表現出極大改善的微波吸收，這些性質表明活性炭載鐵復合千萬在吸收材料和電磁屏蔽領域具有廣泛的適用性。

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