南京航空航天大学：一种FeNi/C纳米纤维电磁吸波剂及其制备方法

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近日，南京航空航天大学姬广斌等人公开了一种FeNi/C纳米纤维电磁吸波剂，所述电磁吸波剂由多根FeNi/C纳米纤维相互堆叠而成；多根FeNi/C纳米纤维相互搭接形成导电网络；其中，每根FeNi/C纳米纤维中，C纳米纤维将FeNi纳米颗粒包裹在其中。本发明还公开了上述FeNi/C纳米纤维电磁吸波剂的制备方法。采用本发明制备方法制得的FeNi/C纳米纤维电磁吸波剂呈一维纳米纤维结构，多根一维纳米纤维相互堆叠形成导电网络结构。本发明FeNi/C纳米纤维电磁吸波剂具有良好的导电性，在低厚度下也具有强的反射损耗和宽的有效吸收频带；如在低厚度下(1.8mm)，有效吸波频带可达到4.4GHz，在2.7mm厚度下，吸波性能可达到-24.8dB。

一维材料如纳米线、纳米棒和纳米管等因具有各向异性，大的横纵比，良好的色散性能，并且能提供直接的电子传输路径等优异性能而被广泛应用在电磁波吸波领域。其中，碳纳米纤维作为其中一种一维材料，受到了广泛的关注。许多碳纳米纤维被用来研究它的吸波性能，来满足理想的吸波材料的强吸收、频带宽、质量轻和密度小的特点。例如，700℃下煅烧5h后得到的Fe3O4/C纳米纤维在8.0GHz时的最大反射率可以达到-45.0dB。王等人成功利用自然界的胶原蛋白纤维合成了分层碳纳米纤维束，这是一种质量轻的强吸波电磁波吸波剂。(X.Wang,X.Huang,Z.Chen,X.Liao,C.Liu,B.Shi,Ferromagnetichierarchical carbon nanofiber bundles derived from natural collagen fibers:truly lightweight and high-performance microwave absorptionmaterials.J.Mater.Chem.C 2015,3,10146-10153.)值得一提的是，静电纺丝是一种相当成熟的、效率高、能够大规模生产一维材料的技术。碳纳米纤维和金属材料组合可以优化电磁吸波剂的电磁参数，但是现有的碳纳米纤维和金属材料组合的复合电磁吸波剂中，金属材料负载在碳纳米纤维的表面，容易被氧化，从而降低了金属材料的磁性，进而影响整个复合材料的电磁吸波性能。

如下图1为本发明实施例制得的FeNi/C纳米纤维电磁吸波剂的X射线衍射图谱，从图1 可以看出，其中FeNi的特征峰与标准PDF#47-1417卡片一一对应，说明FeNi合金具有良好的结晶性，同时还能看出碳的特征峰。

图1

图2为本发明实施例制得的FeNi/C纳米纤维电磁吸波剂的SEM照片，从图2可以看出，电磁吸波剂为多根一维纳米纤维堆叠组成的导电网络结构，一维静电纺丝纤维相互堆叠，长度为微米级，纤维表面粗糙，单个纤维直径约为100～250nm。

图2

图3为实施例制得的FeNi/C纳米纤维电磁吸波剂的反射损耗图谱，从图3可以看出，在低厚度下(1.8mm)，该电磁吸波剂的有效吸波频带可达到4.4GHz；在2.7mm厚度下，其吸波性能可达到-24.8dB；说明本发明制得的电磁波吸收剂在吸波性能上有很大程度的提高。

图3

本发明FeNi/C纳米纤维吸波材料，碳纳米纤维组成的一维导电网络具有导电性高的特点，它能够促进兴奋的跳跃电子的产生，从而提高材料的介电损耗；除此之外，铁镍合金和碳在界面处产生的界面极化效应能够加快电磁波的损耗，同时本发明材料为一维导电网络结构，该结构可提高电磁波吸波材料的介电常数的虚部，从而增加电磁波的损耗，并且材料中合金的引入还带来了磁损耗，因此多重方式协同增效加快电磁波的衰减，因此本发明电磁吸波材料在低厚度下，也具有强的反射损耗和宽的有效吸收频带，相比于现有吸波材料，其电磁波吸性能有了很大程度的提高。 

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