鐵氧體吸波復(fù)合材料研究進(jìn)展

祁亞利 殷鵬飛 張利民 李 寧

（1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，雅安 625014）

（2 西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，空間應(yīng)用物理與化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710072）

文 摘 簡單介紹了鐵氧體吸波材料的吸波機(jī)理，并詳細(xì)闡述了近年來單一鐵氧體、碳基鐵氧體、聚合物/鐵氧體、生物基鐵氧體復(fù)合材料的研究成果。指明未來鐵氧體吸波材料將以“薄、輕、寬、強(qiáng)”為目標(biāo)，朝著結(jié)構(gòu)多樣化、成分復(fù)合化、各組分機(jī)理協(xié)同化、吸波頻段自適應(yīng)可調(diào)化及環(huán)?；较虬l(fā)展。

0 引言

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，電磁波廣泛存在于人們的日常生活中，過高的電磁輻射所形成的電磁污染，對人體健康有著嚴(yán)重的危害，已成為繼水污染、噪音污染以及空氣污染之后的第四大污染源［1-2］。此外，在軍事領(lǐng)域內(nèi)雷達(dá)仍然是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中搜尋目標(biāo)的重要技術(shù)之一，研制能高效吸收電磁波的吸波材料是提高武器系統(tǒng)生存的有效途徑［3］。因此，吸波材料在民用和軍事領(lǐng)域上都有著廣泛的應(yīng)用前景。

吸波材料主要是通過材料的介質(zhì)損耗使電磁波在材料內(nèi)部以熱能的形式消耗掉，或使電磁波因多次反射而干涉相消，達(dá)到吸收和衰減投射到物體內(nèi)部電磁波的目的。性能較好的吸波材料應(yīng)具備優(yōu)良的阻抗匹配特性和衰減特性，阻抗匹配特性要求材料表面的相對磁導(dǎo)率和相對介電常數(shù)相近，從而可減少入射電磁波的反射，使其盡可能進(jìn)入材料內(nèi)部而發(fā)生損耗；衰減特性則使進(jìn)入材料內(nèi)部的電磁波因介質(zhì)損耗而迅速地被吸收［4］。此外，較高應(yīng)用價(jià)值的吸波材料還應(yīng)具有厚度薄、質(zhì)量輕、吸收頻帶寬和吸波能力強(qiáng)等特點(diǎn)，并兼具良好的力學(xué)性能、環(huán)境適應(yīng)性、化學(xué)穩(wěn)定性，以及加工、使用方便等綜合性能。

鐵氧體吸波材料作為應(yīng)用較早且廣泛使用的一種吸波材料，是由氧化鐵與其他第八主族或稀土元素氧化物所形成的磁性材料，主要通過自極化、磁滯損耗、疇壁共振及自然共振等效應(yīng)吸收損耗入射電磁波，根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的不同可分為尖晶石型、磁鉛石型和石榴石型［5-7］。鐵氧體吸波材料具有吸收損耗強(qiáng)、抗磨蝕、涂層薄、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其綜合性能無法同時(shí)滿足“薄、輕、寬、強(qiáng)”的要求，為克服鐵氧體吸收頻帶較窄、密度較大、熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，目前關(guān)于提高鐵氧體吸波材料綜合性能方面的研究主要集中在納米化、纖維化、鐵氧體中金屬離子置換或摻雜、微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及與碳材料、聚合物、生物材料有效復(fù)合等方面。本文主要介紹鐵氧體吸波復(fù)合材料的研究進(jìn)展。

1 單一鐵氧體吸波材料的研究進(jìn)展

1.1 鐵氧體納米化及其置換摻雜

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米鐵氧體材料在吸波領(lǐng)域掀起了新的風(fēng)潮。由于納米鐵氧體粒徑尺寸遠(yuǎn)小于雷達(dá)波的波長，在電磁場的輻射下具有量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和界面效應(yīng)等，導(dǎo)致材料粒子晶界振動(dòng)加劇，使更多電磁能轉(zhuǎn)化為熱能［8］。如HE等［9］通過共沉淀法合成了具有明顯超順磁性的納米Fe3O4磁流體，其最大飽和磁化強(qiáng)度為43.4 emu/g，由于納米尺寸效應(yīng)和自身的磁流體性質(zhì)，與水泥復(fù)合制備的吸波材料顯示出優(yōu)異的吸波性能。此外，在納米鐵氧體的基礎(chǔ)上研究者用不同元素如Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Mg 等分別取代鐵氧體中的部分鐵離子或向鐵氧體中摻雜稀土元素時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同的元素在鐵氧體晶格中占據(jù)不同的位置導(dǎo)致其磁各向異性場、飽和磁化強(qiáng)度、電阻率、矯頑力和自然共振頻率改變，可以有效調(diào)節(jié)納米鐵氧體的電磁參數(shù)，控制電磁波吸收率。

WIDANARTO 等［10］通過X 射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）等研究了Nd3+置換鋇鐵氧體中三價(jià)鐵離子時(shí)，對鋇鐵氧體微觀結(jié)構(gòu)、形貌、磁性能、電磁波損耗的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)未摻雜Nd3+的鋇鐵氧體為六邊形BaFe12O19或菱形BaFe2O4，摻雜Nd3+后的鋇鐵氧體為一種新型六邊形晶相Ba6Nd2Fe4O15，其飽和磁化強(qiáng)度和微波反射損耗均有所提高。YANG 等［11］研究了La、Ce、Y 摻雜CoRExFe2-xO4（RE=La、Ce、Y，x=0.05～0.25）時(shí)復(fù)合吸波材料PANI/CoRExFe2-xO4的吸波性能，結(jié)果表明La 摻雜的納米復(fù)合材料的微波吸收性能優(yōu)于Ce 和Y 摻雜，當(dāng)CoRexFe2-xO4中La 含量為7.5%，即x=0.15 時(shí)，其電導(dǎo)率為0.833 S/cm，吸波性能最優(yōu)。SADIQ 等［12］利用溶膠凝膠自組裝法制備了X-型六角晶相鐵氧體Sr1.96RE0.04Co2Fe27.80Mn0.2O46（RE=Ce、Gd、Nd、La、Sm），并分析了Nd、La、Ce、Gd、Sm 分別摻雜鐵氧體時(shí)對其電磁性能的影響，結(jié)果表明Gd 摻雜的鐵氧體與Nd、La、Ce、Sm 分別摻雜鐵氧體相比，具有更高的矯頑力和反射損耗值。

1.2 鐵氧體纖維

鐵氧體材料的吸波性能除依賴于自身元素性質(zhì)及粒子尺寸外，還依賴于微觀形貌，常見的鐵氧體有針狀、棒狀、片狀、球狀及多孔狀，其中片狀鐵氧體的吸波性能優(yōu)于其他形狀的鐵氧體吸波劑，而纖維狀鐵氧體并不多見，因其獨(dú)特的光、電、磁學(xué)性質(zhì)，引起了廣泛關(guān)注，近年來研究人員經(jīng)過不斷探索成功制備了鐵氧體納米纖維，大大提高了單一鐵氧體吸波材料的綜合性能。NA 等［13］采用靜電紡絲法將PVA/Fe（NO3）3·9H2O 經(jīng)550 ℃熱處理后成功制備得到直徑在24～105 nm 的α-Fe2O3納米纖維，并通過振動(dòng)探針式磁強(qiáng)計(jì)研究了納米纖維的微觀結(jié)構(gòu)與其磁性之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)α-Fe2O3納米纖維的飽和磁化強(qiáng)度隨纖維直徑的增大而提高，當(dāng)PVA 含量為0.12 g/L 時(shí)，α-Fe2O3納米纖維的直徑最大，飽和磁化強(qiáng)度也達(dá)到峰值26.2 A·m2/kg。XIANG 等［14］采用相同方法制備了Ni0.4Co0.2Zn0.4Fe2O4/BaTiO3多鐵性復(fù)合纖維，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)NCZFO 和BTO 顆粒沿纖維軸向分布，可減小NCZFO 顆粒之間的磁性耦合作用，有利于促進(jìn)磁性顆粒的共振吸收，當(dāng)NCZFO/（40mol%）BTO 纖維涂層厚度為5 mm 時(shí)，微波損耗反射峰位于15.7 GHz，最大反射損耗值為-65.6 dB，小于-10 dB 的頻帶寬高達(dá)7.8 GHz。LIU 等［15］通過比較靜電紡絲法制備的BaFe12O19普通纖維與共電紡絲法制備的BaFe12O19空心纖維的電磁參數(shù)發(fā)現(xiàn)，共電紡絲法制備BaFe12O19空心纖維的矯頑力遠(yuǎn)小于靜電紡絲法制備的普通纖維，展現(xiàn)出更強(qiáng)的軟磁特性和更高的飽和磁化強(qiáng)度；且空心結(jié)構(gòu)還可改善BaFe12O19纖維的阻抗匹配，進(jìn)一步提高鐵氧體材料的吸波性能，因此共電紡絲法制備的鐵氧體空心纖維可進(jìn)一步優(yōu)化其吸波性能。

由此可見，納米鐵氧體的量子尺寸效應(yīng)、稀土鐵氧體較高的飽和磁化強(qiáng)度以及空心纖維特殊的光、電、磁學(xué)效應(yīng)，可有效改善鐵氧體材料的電磁學(xué)性能，使新型鐵氧體的吸波性能相較于傳統(tǒng)鐵氧體而言得到了極大提高。

2 碳基鐵氧體吸波復(fù)合材料的研究進(jìn)展

碳系材料以其獨(dú)特的力、熱、光、電特性一直備受關(guān)注，現(xiàn)階段石墨烯、碳納米管、碳纖維等新型碳材料已成為吸波領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。不可回避的是，單一碳系材料的磁損耗欠佳，因此將碳系材料與鐵氧體復(fù)合制備吸波材料，可使鐵氧體的磁損耗與碳系材料的介電損耗形成優(yōu)勢互補(bǔ)以提升材料的吸波性能。但傳統(tǒng)復(fù)合材料在制備過程中的粘黏團(tuán)聚作用所致的材料復(fù)合不均現(xiàn)象使得碳基鐵氧體復(fù)合材料吸波性能的提升有限。近年來，通過改進(jìn)制備技術(shù)，利用化學(xué)鍵、庫倫靜電力、添加吸附層介質(zhì)等手段將鐵氧體均勻復(fù)合在碳系材料表面，可有效改善鐵氧體與碳系材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)而進(jìn)一步優(yōu)化其吸波性能。

2.1 鐵氧體/碳納米管復(fù)合吸波材料

碳納米管是由二維碳原子片層繞中心軸按一定角度螺旋卷曲而成的無縫管狀結(jié)構(gòu)，由于量子尺寸效應(yīng)和特殊的電子運(yùn)動(dòng)形式可表現(xiàn)出金屬和半導(dǎo)體特性，在交變電磁場的作用下可等效為偶極子而產(chǎn)生耗散電流，使得電磁波能量以熱能形式被損耗［16］。將鐵氧體均勻沉積在碳納米管表面制備得到相應(yīng)的復(fù)合材料，使其各自的優(yōu)異性能形成優(yōu)勢互補(bǔ)是近年來鐵氧體/碳納米管復(fù)合材料的研究熱點(diǎn)之一。SHU等［17］采用一步溶劑熱法制備了MWCNTs/ZnFe2O4復(fù)合材料，通過對其形貌、結(jié)構(gòu)、電磁性能進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濃硝酸熱處理后的MWCNTs表面具有大量含氧基團(tuán)及缺陷空隙，可以有效吸附溶液中的Fe3+、Zn2+，進(jìn)而使所形成的ZnFe2O4納米粒子均勻沉積于MWCNTs表面；此外，ZnFe2O4顆粒尺寸和MWCNTs管徑長度均會(huì)影響復(fù)合材料的電磁波吸收性能，厚度僅為1.5 mm的MWCNTs/ZnFe2O4復(fù)合材料在13.4 GHz處具有最小反射損耗值-55.5 dB。BIBI等［18］通過溶液共混法制備了Cu0.25Ni0.25Zn0.5Fe2O4/MWCNTs復(fù)合材料，并研究了8.2～12.2 GHz頻段內(nèi)復(fù)合材料的吸波性能；發(fā)現(xiàn)Cu0.25Ni0.25Zn0.5Fe2O4/MWCNTs具有優(yōu)異的阻抗匹配和界面極化性質(zhì)，加之三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所形成的多重散射和反射，復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的吸波特性，在10.2 GHz頻率處的最大反射損耗值可達(dá)到-37.7 dB。

氣凝膠碳納米管是近年來發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)可控的新型低密度納米多孔材料，JIA 等［19］利用原位生長法制備了氣凝膠碳納米管/Fe3O4復(fù)合材料，其中氣凝膠碳納米管作為基本結(jié)構(gòu)體，鐵氧體在碳納米管上的原位生長使其有效連接成磁性泡沫整體結(jié)構(gòu)，基于碳納米管的介電損耗、Fe3O4粒子的磁損耗以及網(wǎng)絡(luò)泡沫結(jié)構(gòu)的多重散射、反射作用，復(fù)合材料可在較寬的低頻段內(nèi)極大地提高對電磁波的吸收損耗能力。另外，這種高度疏松多孔的氣凝膠結(jié)構(gòu)由于能同時(shí)負(fù)載其他納米顆粒，因而可應(yīng)用于儲(chǔ)能、生物催化等其他領(lǐng)域，在制備多功能吸波材料方面有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2 鐵氧體/石墨烯復(fù)合吸波材料

石墨烯具有特殊的二維平面結(jié)構(gòu)、極大的比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)電性、較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性以及密度小等諸多優(yōu)點(diǎn)，有望成為一種新型吸波介電材料，為同時(shí)賦予石墨烯磁損耗特性，進(jìn)一步提高其綜合吸波性能，通過水熱酸化法引入含氧基團(tuán)、添加表面活性劑產(chǎn)生極性或經(jīng)特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等手段與鐵氧體有效復(fù)合亦是近年來研究的熱點(diǎn)之一。PENG 等［20］采用水熱酸化法，在石墨烯表面引入大量—COOH 和—OH極性基團(tuán)以吸附Fe3+、Co2+、Ni2+和Mn2+，在石墨烯表面形成Fe（OH）3、Co（OH）2、Ni（OH）2和Mn（OH）2，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成Co0.33Ni0.33Mn0.33Fe2O4與石墨烯復(fù)合形成復(fù)合吸波材料，通過XRD、XPS、FT-IR、RS、TEM 等表征發(fā)現(xiàn)，此復(fù)合材料主要通過介電損耗、磁損耗、納米效應(yīng)以及良好的阻抗匹配衰減電磁波，此外石墨烯中殘余的缺陷和基團(tuán)可發(fā)生極化弛豫和電子偶極弛豫，能進(jìn)一步提高電磁波的吸收，當(dāng)吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%且材料厚度為2 mm 時(shí)，有效吸波頻帶寬達(dá)8.48 GHz。WU 等［21］利用PVP 作為表面活性劑，使Fe3+吸附在rGO 表面并通過自組裝均勻沉積制備得到Fe3O4/rGO 復(fù)合材料，通過對其形貌及電磁性能表征發(fā)現(xiàn)，rGO的加入不僅能夠防止鐵氧體納米粒子的團(tuán)聚，而且可有效提高復(fù)合材料的介電損耗。

此外，特殊的物理結(jié)構(gòu)也能使鐵氧體與石墨烯有效復(fù)合，LIN等［22］在含N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、肼和巰基乙酸甲酯的溶液中對前驅(qū)體Bi2Fe4O9進(jìn)行溶解-再結(jié)晶-還原過程，得到大量平均粒徑約為500 nm 的多孔Bi2Fe4O9微球，并利用多孔微球的粗糙界面將其較均勻組裝在多層石墨烯表層形成了Bi2Fe4O9/rGO 復(fù)合材料，當(dāng)涂層厚度為2 mm 時(shí)在13.8 GHz 頻率處的吸波損耗值為-71.88 dB，吸波性能遠(yuǎn)優(yōu)于以簡單形式復(fù)合的鐵氧體/石墨烯復(fù)合材料。WANG 等［23］通過噴霧干燥法聯(lián)合熱溶劑法將CoFe2O4納米粒子包覆于石墨烯片層內(nèi)構(gòu)成花式結(jié)構(gòu)，不僅有效降低了石墨烯的團(tuán)聚，增強(qiáng)CoFe2O4粒子與石墨烯之間的界面極化，還進(jìn)一步改善了材料的阻抗匹配，厚度僅為2 mm 的CoFe2O4@石墨烯復(fù)合材料在12.9 GHz 頻率處的反射損耗值為-42 dB，且RL<-10 dB 的有效吸收帶寬為4.59 GHz。ZHAO等［24］在石墨烯氣凝膠/BaFe12O19納米復(fù)合材料上均勻沉積了非晶碳納米管，得到一種具有3D 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的ACNT/GA/BF 三元納米復(fù)合材料，通過使入射電磁波在復(fù)合材料內(nèi)多次反射和散射增強(qiáng)損耗，厚度為2 mm 時(shí)材料在10.6 GHz 處的最大反射損耗為-18.4 dB，且-10 dB以下的有效吸收帶寬為3.3 GHz。

2.3 鐵氧體/碳纖維復(fù)合吸波材料

碳纖維具有承載能力強(qiáng)、比表面積大、熱導(dǎo)率高、耐腐蝕等特性，是一種優(yōu)良的介電型材料。但碳纖維的電阻率約為10-2Ω·cm，對入射微波具有較強(qiáng)的反射作用，因此只有通過改善其表面的阻抗匹配性質(zhì)，才能使入射電磁波能夠有效進(jìn)入材料內(nèi)部而發(fā)生損耗。GHOLAMPOOR 等［25］為了使Fe3O4納米粒子能夠均勻附著于碳纖維表面，將共沉淀法制備的Fe3O4置于含H+的電泳液中吸附上H+，然后在恒定電壓條件下進(jìn)行電泳，使帶正電荷的Fe3O4向陰極移動(dòng)，均勻包覆于碳纖維表面形成Fe3O4/CFs復(fù)合材料，該材料的飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力分別為33.1 emu/g和168 Oe，當(dāng)涂層厚度為2 mm 時(shí)的最大吸波損耗值為-22.7 dB。ZHAN 等［26］通過化學(xué)修飾法在碳纖維表面包覆了一層聚多巴胺以吸附鹽溶液中的Fe3+，在CFM 表面均勻沉積Fe3O4納米顆粒形成CFM/Fe3O4吸波復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)該材料的飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力均隨著Fe3O4含量的增加而增大，在8.2～12.4 GHz 頻段內(nèi)的最大吸波損耗值為-62.6 dB，且在7～13 GHz 頻段內(nèi)的反射損耗值均小于-25 dB。FARID等［27］采用多步電泳沉積法在碳纖維表面沉積納米Fe3O4顆粒，然后在Fe3O4@CFs 上通過原位聚合聚苯胺成功制備出了PANI@Fe3O4@CFs 三相異質(zhì)復(fù)合吸波材料，此復(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)度隨Fe3O4含量的減少由72.612 emu/g 降至0.191 emu/g，當(dāng)厚度為3 mm 且PANI@Fe3O4@CFs 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，復(fù)合材料的最大反射損耗值為-29 dB。

綜上可見，通過水熱酸化引入極性含氧基團(tuán)、利用化學(xué)修飾改善表面特性、借用電場效應(yīng)或是設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)等，使得鐵氧體顆粒緊密地復(fù)合于碳系材料表面上，可實(shí)現(xiàn)碳系材料的介電損耗和鐵氧體的磁損耗發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)以提升吸波性能。

3 鐵氧體/聚合物吸波復(fù)合材料的研究進(jìn)展

有機(jī)聚合物環(huán)氧樹脂、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等是一類含有共軛體系的高分子材料，經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)摻雜可轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體或?qū)w，使其具有金屬和無機(jī)導(dǎo)體的光電特性；另外，有機(jī)聚合物具備工藝靈活性和粘結(jié)性，在電磁波吸收劑制備方面表現(xiàn)出很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適應(yīng)性［28］。聚合物與鐵氧體復(fù)合，除了各自具有的電磁學(xué)特性可提高微波損耗外，特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也能有效提高材料的吸波性能。

3.1 鐵氧體/聚合物分層復(fù)合材料

傳統(tǒng)的鐵氧體/聚合物復(fù)合材料是通過簡單的物理混合制備得到，通常以環(huán)氧樹脂等作為基體將鐵氧體分散其中，由于聚合物改善了鐵氧體的分散性和阻抗匹配特性，使其吸波性能在一定程度上有所增強(qiáng)。隨后許多研究者充分利用聚合物容易成型的力學(xué)特性，采用模壓、旋涂等工藝方法來制備雙層或多層聚合物/鐵氧體復(fù)合物，通過改變復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、層數(shù)和各層厚度來改善其電磁匹配性質(zhì)，從而增強(qiáng)材料的電磁波損耗能力。DU等［29］以D-樟腦磺酸為誘導(dǎo)劑，通過界面聚合法制備了單、雙層聚苯胺納米纖維/Li0.35Zn0.3Fe2.35O4復(fù)合材料，通過比對單、雙層復(fù)合材料的吸波性能發(fā)現(xiàn)，雙層PANI/LZFO復(fù)合材料的阻抗匹配性質(zhì)和界面效應(yīng)均優(yōu)于單層材料，當(dāng)吸波層厚度為0.6 mm，匹配層厚度為1.4 mm時(shí)，雙層復(fù)合材料的最大反射損耗可達(dá)到-57.5 dB。ZHANG等［30］將靜電紡絲法制備的尖晶石型鐵氧體Ni0.8Co0.2Fe2O4納米纖維經(jīng)熱處理后與一定量的石蠟混合做匹配層，并將Ni-C納米纖維做為吸波層設(shè)計(jì)了一種雙層吸波復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)匹配層厚度為0.8 mm、吸波層厚度為1.5 mm時(shí)，微波損耗峰位于17.0 GHz，且最大反射損耗值高達(dá)-84.9 dB，材料的吸波性能遠(yuǎn)高于單層吸波材料及一般的雙層吸波材料。

3.2 鐵氧體/聚合物手性復(fù)合材料

手性吸波材料是近年來發(fā)展起來的一種新型吸波材料，能在電磁場作用下通過電場與磁場的交叉極化同時(shí)產(chǎn)生介電損耗和磁損耗。LI等［31］利用有機(jī)聚合物的柔韌性通過添加結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)劑制備得到的螺旋手性聚合物具有介電性能強(qiáng)、質(zhì)量輕、吸收頻帶寬等特點(diǎn)。然而，單純的手性聚合材料磁損耗并不強(qiáng)，且熱穩(wěn)定性較差，將其與納米鐵氧體有效復(fù)合可以改善聚合物的不足之處，有效提高材料的吸波性能。XU等［32］以L-樟腦磺酸為手性誘導(dǎo)劑，通過原位聚合法制備了聚苯胺PANI/鋇鐵氧體手性復(fù)合材料，由于PANI改善了BF與空氣之間的阻抗匹配以及PANI的螺旋手性結(jié)構(gòu)，使得復(fù)合材料在33.25 GHz處具有最大吸波損耗值-30.5 dB，且有效吸波帶寬為12.8 GHz，可覆蓋整個(gè)Ka波段。李涓碧等［33］通過共沉淀法制備了手性PANI/CoFe2O4復(fù)合材料，并研究了手性PANI與CoFe2O4的質(zhì)量比對材料電磁參數(shù)及吸波性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)手性PANI與CoFe2O4的質(zhì)量比為0.6時(shí)復(fù)合材料具有最佳吸波性能，涂層厚度為3.5 mm的復(fù)合材料電磁波吸收峰位于10.99 GHz，最大反射損耗值為-22.54 dB。杜咪咪等［34］通過界面聚合法將手性聚苯胺以纖維形式復(fù)合在Li0.35Zn0.3Fe2.35O4上得到手性PANI/LZFO復(fù)合材料，并研究了LZFO對聚苯胺熱穩(wěn)定性的影響以及硅烷偶聯(lián)劑改性LZFO對復(fù)合材料吸波性能的影響，結(jié)果表明改性后的LZFO有利于提高聚苯胺的復(fù)合效果和熱穩(wěn)定性，當(dāng)PANI與LZFO的質(zhì)量比為1∶4且厚度為3.5 mm時(shí)，復(fù)合材料最大反射損耗值高達(dá)-57.5 dB。

3.3 鐵氧體/聚合物核殼復(fù)合材料

以鐵氧體為核、聚合物為殼制備的鐵氧體/聚合物核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合吸波材料，不僅可以彌補(bǔ)鐵氧體介電損耗弱、密度大等不足，同時(shí)核殼之間的空隙可為電磁波的折射和反射提供更多活性位點(diǎn)，增強(qiáng)電磁波吸收效果。SHEN 等［35］通過原位溶液聚合法制備了以磁性Ba0.9Nd0.1Cr0.5Fe11.5O19為核、導(dǎo)電N-甲基聚吡咯為殼層的BNCF@NMPy-co-Py復(fù)合吸波材料并對其電磁參數(shù)以及吸波性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明該復(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)度較低，且導(dǎo)電性和吸波性能依賴于制備過程中的H3PO4濃度，當(dāng)H3PO4濃度為0.3 mol/L時(shí)BNCF顆粒被NMPy-co-Py完全包覆，吸波性能最佳。此外，SHEN等［36］還制備了Z型鋇鐵氧體/二氧化硅@聚吡咯核殼復(fù)合材料，在鋇鐵氧體的磁損耗、聚吡咯的介電損耗以及SiO2增透效果的協(xié)同作用下，當(dāng)涂層厚度為2 mm、PPy含量為66.67%時(shí)，材料的最大反射損耗峰值為-19.65 dB，且小于-8 dB的吸收帶寬可達(dá)到5.56 GHz。KHAN等［37］通過共沉淀和原位聚合兩步法制備了尖晶石型納米Mg0.96Tb0.04Fe2O4@聚吡咯核殼復(fù)合材料，并利用XRD、FTIR、SEM、VSM研究了鋱摻雜鐵氧體對其電磁性能的影響，結(jié)果表明鋱離子濃度較低時(shí)能成功進(jìn)入鐵氧體納米晶格改變其電磁參數(shù)，復(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力均隨著Mg0.96Tb0.04Fe2O4含量的增加而增大，且Mg0.96Tb0.04Fe2O4與聚吡咯之間強(qiáng)烈的耦合效應(yīng)有利于提高材料的吸波性能。LIU等［38］通過控制聚合前苯胺單體的濃度，研究了殼層厚度對BaFe12O19@PANI復(fù)合材料吸波性能的影響，發(fā)現(xiàn)PANI殼層厚度對材料的阻抗匹配、電磁參數(shù)、介電損耗和界面損耗均有較大影響，且吸波性能和有效吸波帶寬均隨著PANI殼層厚度的增加而加強(qiáng)增寬，當(dāng)殼層厚度在30～40 nm時(shí)復(fù)合材料具有最佳的吸波效果。

4 生物基鐵氧體復(fù)合材料的研究進(jìn)展

近年來，隨著生物約束成形技術(shù)和微生物發(fā)酵技術(shù)的成熟和發(fā)展，細(xì)菌纖維素、木纖維素、微生物體等生物材料因其質(zhì)量輕、價(jià)格低廉，同時(shí)具有生物可降解性和可再生性等眾多優(yōu)點(diǎn)被逐漸應(yīng)用于吸波領(lǐng)域。雖然生物材料自身是一種電磁惰性材料，但通過催化碳化、化學(xué)鍍、電鍍等方法與磁性材料相復(fù)合，可以有效提高生物材料的介電性能和磁性能，制備出具有電磁損耗特性的生物基吸波材料。

張文強(qiáng)等［39］分別以螺旋藻、小球藻為模板，通過溶膠-凝膠法在藻體表面鍍覆一層尖晶石型Fe3O4，制備出生物基鐵氧體吸波微粒，通過對生物吸波微粒的形貌和電磁參數(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，基于螺旋藻的螺旋手性結(jié)構(gòu)引起的交叉極化和鐵氧體自身較強(qiáng)的磁損耗，磁性螺旋藻比磁性小球藻具有更好的吸波性能，涂層厚度為1.2 mm 的螺旋藻/Fe3O4復(fù)合材料在12.4 GHz 處的最大反射損耗值為-30 dB，且反射損耗低于-10 dB的有效帶寬為10～16 GHz。MARINS等［40］以未干燥的細(xì)菌纖維素膜為原料，經(jīng)氯化鐵浸漬、亞硫酸氫鈉還原和堿處理后制備得到一種柔性的磁性膜，該磁性膜的飽和磁化強(qiáng)度約為60 emu/g，矯頑力約為15 Oe，其中Fe3O4納米顆粒以團(tuán)聚體的形式均勻地附著于BC 纖維上，使細(xì)菌纖維素膜表現(xiàn)出較高的相對介電常數(shù)和電磁損耗。李詩瑢等［41］將細(xì)菌纖維素經(jīng)1 200 ℃碳化處理后得到具有優(yōu)異介電性能和三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的碳化細(xì)菌纖維素（CBC），并通過溶劑熱法在CBC 表面沉積CoFe2O4納米粒子以增強(qiáng)其磁損耗性能，當(dāng)CBC/CoFe204復(fù)合材料厚度為2 mm、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，在8.6 GHz 處具有最大反射損耗值-45 dB。OLSSON 等［42］以冷凍干燥的細(xì)菌纖維素氣凝膠為模板制備了鈷鐵氧體/細(xì)菌纖維素氣凝膠復(fù)合材料，磁性納米粒子沉積在細(xì)菌纖維素氣凝膠的孔隙之中，不僅有效降低了復(fù)合材料的密度，同時(shí)還增強(qiáng)了材料的矯頑力和飽和磁化強(qiáng)度，這些均有利于提高材料的綜合吸波性能。徐長妍等［43］以木粉纖維素為載體，采用碳化法和溶劑熱法制備了生物基碳纖維/鈷鐵氧體吸波復(fù)合材料，通過表征發(fā)現(xiàn)，碳化木纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在提高表層鈷鐵氧體分散性的同時(shí)能夠賦予材料較好的介電損耗能力，與單一鈷鐵氧體相比，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的生物基碳纖維/鈷鐵氧體復(fù)合材料的最大反射損耗值可增大至-36.8 dB?，F(xiàn)階段，通過將鐵氧體和生物材料相復(fù)合制備的生物基吸波復(fù)合材料不僅具有電磁波吸收性能，且同時(shí)兼具生物相容性、可降解性和資源循環(huán)可再生性，在吸波材料領(lǐng)域內(nèi)展現(xiàn)出較好的環(huán)保優(yōu)越性，逐步引起了眾多學(xué)者的研究關(guān)注。

5 結(jié)語與展望

吸波材料在民用和軍事領(lǐng)域都有著廣泛的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。目前，鐵氧體吸波材料在納米化、復(fù)合化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面取得了大量研究新成果，但隨著電磁輻射環(huán)境的日益嚴(yán)峻以及軍事武器系統(tǒng)對隱身技術(shù)的嚴(yán)格要求，制備吸收能力強(qiáng)、吸波頻帶寬、厚度薄、質(zhì)量輕、機(jī)械性能好、結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、環(huán)保性好的高性能鐵氧體吸波復(fù)合材料是該領(lǐng)域的重要研究目標(biāo)，未來研究的發(fā)展方向主要集中在以下幾個(gè)方面。

（1）鐵氧體材料結(jié)構(gòu)多樣化。現(xiàn)有研究結(jié)果表明層狀、纖維狀、空心球狀鐵氧體不僅減小了材料的密度，而且因其結(jié)構(gòu)效應(yīng)可有效增強(qiáng)吸波性能。因此，今后需強(qiáng)化研究材料結(jié)構(gòu)與吸波性能之間的構(gòu)效關(guān)系，制備出新型特殊結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步增強(qiáng)鐵氧體材料的綜合吸波性能。

（2）探明鐵氧體復(fù)合材料各組分間的協(xié)同吸波機(jī)理。鐵氧體復(fù)合材料并非各組分吸波性能的簡單疊加，許多情況下各組分之間的耦合機(jī)理尚未得到明確闡釋。因此，在鐵氧體吸波材料復(fù)合化設(shè)計(jì)中需充分將材料學(xué)與電磁學(xué)理論相結(jié)合，探明其中的復(fù)合吸收機(jī)制，為制備高性能鐵氧體復(fù)合吸波材料奠定基礎(chǔ)。

（3）開發(fā)生物環(huán)保型和頻段自適應(yīng)調(diào)節(jié)型鐵氧體吸波材料。在設(shè)計(jì)材料的吸波性能和理化性質(zhì)的同時(shí)，必須兼顧材料對環(huán)境的影響，使未來鐵氧體吸波材料向環(huán)境友好型方向發(fā)展。此外，現(xiàn)階段雷達(dá)偵測往往同時(shí)具備多頻段掃描能力，因此開發(fā)能夠自適應(yīng)調(diào)節(jié)吸波頻段的鐵氧體吸波材料亦具有重要的實(shí)際意義。