楊梅狀Fe3O4@SnO2核殼材料制備及吸波性能

黃 威，王玉江，魏世丞，梁 義，王 博，黃玉煒，徐濱士

陸軍裝甲兵學院裝備再制造技術國防科技重點實驗室，北京 100072

隨著各種電子設備和通信技術的廣泛應用，電磁波的過度輻射問題引起了人們對電磁干擾、環(huán)境污染和人類健康的極大關注[1-2].吸波材料(MAMs)可以將電磁能傳化為熱能，也可以通過干涉原理來耗散電磁波，因此為了防止電磁污染等相關問題的產(chǎn)生，人們對其進行了大量的理論和實驗研究.吸波材料已被廣泛應用于軍事和民用領域，例如隱身防御系統(tǒng)、電磁屏蔽以及微波暗室等[3-4].磁鐵礦Fe3O4作為一種傳統(tǒng)的吸波材料，由于具備高飽和磁化強度，高居里溫度和低成本等優(yōu)良特性，被認為是最有應用前景的吸波材料之一[5].然而單一的Fe3O4具有介電損耗能力弱，易于氧化等缺陷，限制了它在微波吸收領域的發(fā)展應用[6].一般而言，良好的吸波性能與復介電常數(shù)和復磁導率的有效互補密切相關，而磁性材料和介電材料的結合可以兼顧兩者磁性能和介電性能，以改良材料整體的阻抗匹配特性.因此制備Fe3O4基納米復合材料具有廣闊的前景和意義.

N型半導體材料SnO2，以其良好的氣敏性、高導電性和催化性能，被廣泛應用于氣體傳感器、陽極材料和光催化領域，更是由于其溫度穩(wěn)定、環(huán)境穩(wěn)定的介電屬性，在吸波材料領域顯現(xiàn)其獨特的優(yōu)勢[7-8].例如，Wang等[9]制備了一種SnO2/PPy氣凝膠吸波材料，當其質(zhì)量在石蠟中僅占10%時，材料的有效帶寬便可達到7.28 GHz；Zhao等[10]采用酸刻蝕的方法制備了Ni@SnO2核殼結構復合吸波材料，當厚度僅為1.5 mm時，在17.3 GHz處其反射損耗可達到-50.2 dB.近年來，核殼結構的吸波材料由于具有界面極化效應、約束效應和化學均勻性，可為入射電磁波的衰減提供更多渠道，因此在提升吸波性能方面展現(xiàn)出巨大的潛力[11-12].受到核殼結構的啟發(fā)，構建Fe3O4@SnO2能夠彌補Fe3O4本身介電損耗能力弱，易于氧化的缺陷，是進一步提高吸波材料性能指標的有效途徑.近年來，研究學者對Fe3O4@SnO2復合材料的研究主要集中電池及光催化領域.例如Li等[13]在Ti基底表面沉積了Fe3O4@SnO2核殼納米薄膜，具有良好的電化學特性；Li等[14]通過水熱法合成了海膽狀的Fe3O4@SnO2，具有良好的光催化活性.然而，合成具有良好吸波性能的Fe3O4@SnO2核殼結構微球的報道仍然少見.

因此，本文以磁性Fe3O4微球為模板，采用St?ber法合成Fe3O4@SiO2前驅(qū)物，并采用“水熱-刻蝕”的手段成功合成了一種新型的Fe3O4@SnO2復合材料，不同于之前所有的Fe3O4@SnO2核殼結構，該外殼呈楊梅狀；采用X射線衍射、X射線光電子能譜、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、振動樣品磁強計研究分析了楊梅狀Fe3O4@SnO2的物相結構、表面元素、微觀形貌及磁性；分析比較了Fe3O4、Fe3O4@SiO2、普通Fe3O4@SnO2和楊梅狀Fe3O4@SnO2的電磁損耗機制和微波吸收性能.

1 實驗部分

1.1 樣品制備

溶劑熱法合成Fe3O4：取10 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、9 g FeCl3·6H2O和36 g尿素溶解至400 mL乙二醇中，并用電動攪拌機攪拌0.5 h得到勻質(zhì)的橙黃色透明溶液.隨后將溶液轉(zhuǎn)移至500 mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應釜中，在200 ℃下保溫12 h.待反應結束后，將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇各洗滌3～5次，用磁鐵收集，并將最后產(chǎn)物在60 ℃下真空干燥10 h.

St?ber法合成Fe3O4@SiO2：取4g制備好的Fe3O4均勻分散至400 mL醇水混合物中（乙醇：350 mL，去離子水：50 mL）.隨后向其中依次緩慢滴加10 mL氨水和2 mL正硅酸乙酯(TEOS)，并使用電動攪拌機持續(xù)攪拌8 h.最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇各洗滌3次，用磁鐵收集，并將產(chǎn)物在60 ℃下真空干燥10 h.

水熱法合成Fe3O4@SnO2：取2 g Fe3O4粉末均勻分散至400 mL醇水混合物中（乙醇：160 mL，去離子水：240 mL）.向其中添加12 g尿素和1.8 g K2SnO3·3H2O，攪拌均勻后將溶液轉(zhuǎn)移至500 mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應釜中，在200 ℃下保溫24 h.待反應結束后，將所得產(chǎn)物用去離子水洗滌6次，并用磁鐵收集，最后將產(chǎn)物在60 ℃下真空干燥10 h，記為Fe3O4@SnO2-1.將2 g水熱法合成Fe3O4@SnO2粉末按照Fe3O4@SnO2-1的合成步驟進行相同的實驗操作，將所得產(chǎn)物記為Fe3O4@SnO2-2.

1.2 測試與表征

采用高功率轉(zhuǎn)靶多晶Smartlab型X射線衍射儀（XRD）分析材料的物相（實驗條件：Cu靶，步長0.02°，掃描范圍10°～80°）；通過Escalab 250Xi型X射線光電子能譜儀（XPS）對材料表面化學元素價態(tài)進行分析；利用Hitachi SU-8010冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)和JEM 2100F透射電子顯微鏡（TEM）觀察材料的微觀形貌；采用BHV-55型振動樣品磁強計（VSM）測試材料的靜磁性能；采用HP8722ES矢量網(wǎng)絡分析儀（VNA）測量材料在2～18 GHz的復介電常數(shù)和復磁導率，測試時樣品與石蠟以質(zhì)量比3∶2混合，制成外徑7 mm，內(nèi)徑3 mm，高2 mm的圓環(huán)試樣；最后根據(jù)傳輸線理論，模擬計算不同厚度條件下材料的吸波性能.

2 結果與討論

2.1 物相及表面元素分析

圖1為Fe3O4、Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2的X射線衍射圖譜.圖中位于30.2°、35.6°、43.3°、57.1°和63.1°的主衍射峰分別對應（220）、（311）、（400）、（511）和（440）晶面，與尖晶石型的Fe3O4（JCPD卡片No.99-0073）匹配良好，說明合成的Fe3O4具有很高的純度.在Fe3O4表面包覆SiO2后，沒有新的衍射峰出現(xiàn)，說明SiO2為非晶態(tài)[15].其余的衍射峰出現(xiàn)在26.6°、33.9°、51.6°和66.1°處，與金紅石型的SnO2（JCPD卡片No.41-1445）相吻合，分別對應（110）、（101）、（211）和（301）晶面.對比Fe3O4@SnO2-1，F(xiàn)e3O4@SnO2-2中的SnO2的衍射強度更高，表明Fe3O4@SnO2-2中SnO2的相對含量更高.

圖1 不同試樣的X射線衍射圖譜Fig.1 XRD pattern of the studied samples

圖2（a）為Fe3O4、Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2的X射線光電子能譜總譜，F(xiàn)e、O、Si和Sn等相關元素如圖所示.對比Fe3O4，F(xiàn)e3O4@SiO2中Fe2p的信號強度較弱，說明SiO2薄膜均勻且致密，覆蓋了Fe2p信號.Fe3O4@SnO2-2中的Si2p信號（結合能為103.6 eV）幾乎消失，可能是尿素在高溫高壓的條件下電離出了大量的OH-，通過堿性刻蝕除去了Fe3O4表面的SiO2.此外，和Fe3O4@SnO2-1相比，F(xiàn)e3O4@SnO2-2中Sn3d的信號強度更強，進一步說明Fe3O4@SnO2-2中表面負載的SnO2含量更多，這和X射線衍射圖譜的分析相吻合.圖2（b）和（c）分別為Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2中Fe2p和Sn3d的精細譜.圖2（b）中710.6和724.1 eV的峰分別對應于Fe元素中的2p3/2和2p1/2自旋軌道，兩峰相差13.5 eV，其結果和文獻[16]中的Fe3O4X射線光電子能譜結果吻合.結合能為715.1 eV的衛(wèi)星峰來自于Sn3p3/2的干擾[17]，且由于Fe3O4@SnO2-2表面的SnO2含量更高，因此反映出更強的Sn3p3/2信號干擾（如圖2（c）所示）.圖2（d）中487.1和495.3 eV的峰分別對應于Sn元素的3d5/2和3d3/2自旋軌道，兩峰相差8.2 eV，表明Fe3O4@SnO2-2中的Sn為Sn4+[18].

2.2 形貌及微觀結構分析

圖3為Fe3O4、Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2的掃描電子顯微鏡圖，右上角區(qū)域為放大后單個球體的透射電子顯微鏡圖.所制備的Fe3O4、Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2均為形貌規(guī)整的球形，球徑在400～600 nm之間，且分散均勻，無明顯團聚.圖3（a）為Fe3O4的形貌及微觀結構，可觀察到Fe3O4球由40～80 nm的半碗狀碎粒組裝而成，體現(xiàn)了典型的奧斯特瓦爾德熟化自組裝機制[19].在其表面包覆SiO2后，SiO2粒子在表面沉積成膜，膜厚大約20 nm，因此其表面比純的Fe3O4球更為光滑（如圖3（b）所示）.圖3（c）所示的Fe3O4@SnO2-1由Fe3O4球表面直接包覆SnO2得到，SnO2納米粒子均勻沉積在Fe3O4球表面，形成核殼結構.另外，由于包覆過程中進一步發(fā)生了奧斯特瓦爾德熟化，因此Fe3O4@SnO2-1的具有明顯的空心結構.Fe3O4@SnO2-2的表面形貌和楊梅類似（如圖3（d）所示），相比于Fe3O4@SnO2-1，其形貌均勻性更好，表面SnO2負載量更多，這是因為SiO2包覆改變了Fe3O4表面性質(zhì)，使后續(xù)SnO2納米粒子在Fe3O4@SiO2模板上能夠穩(wěn)定沉積[20].值得注意的是，F(xiàn)e3O4@SnO2-2中SnO2殼層厚度約為40 nm，殼層內(nèi)部充斥大量空隙，這種結構有利于電磁波傳播時多重反射及散射行為的產(chǎn)生.

圖2 不同試樣的X射線光電子能譜.（a） 總譜；（b） Fe3O4@SnO2-1中的Fe2p譜；（c） Fe3O4@SnO2-2中的Fe2p譜；（d） Fe3O4@SnO2-2中的Sn3d譜Fig.2 XPS spectra of different samples: (a) XPS wide scan; (b) Fe2p spectrum of Fe3O4@SnO2-1; (c) Fe2p spectrum of Fe3O4@SnO2-2; (d) Sn3d spectrum of Fe3O4@SnO2-2

圖3 試樣微觀結構形貌圖.（a） Fe3O4；（b） Fe3O4@SiO2；（c） Fe3O4@SnO2-1；（d） Fe3O4@SnO2-2Fig.3 SEM and TEM images of samples: (a) Fe3O4; (b) Fe3O4@SiO2; (c) Fe3O4@SnO2-1; (d) Fe3O4@SnO2-2

結合X射線光電子能譜分析，反應過程中Fe3O4@SnO2-2中的SiO2薄膜由于受到堿液刻蝕，逐漸轉(zhuǎn)化為硅酸鹽的形式緩慢溢出.再加上SnO2納米粒子在其周圍的不斷生成，因此可推知SiO2層的緩慢刻蝕可為SnO2納米粒子的沉積提供了良好的附著環(huán)境.綜上，楊梅狀的Fe3O4@SnO2-2合成過程可由圖4示意.

圖4 Fe3O4@SnO2-2合成過程示意圖Fig.4 Schematic illustration of the synthesis process of Fe3O4@SnO2-2

2.3 磁性能分析

圖5為4種試樣在室溫下的磁滯回線.本研究制得的Fe3O4飽和磁化強度為103.9 A·m2·kg-1，矯頑力為7862.2 A·m-1，顯示出一定的亞鐵磁性.當Fe3O4與非磁性的殼層復合后，飽和磁化強度減弱，F(xiàn)e3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2的飽和磁化強度分別為67.5、70.2和51.2 A·m2·kg-1.雖然Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2具有相似的Fe3O4含量，但Fe3O4@SnO2-2的飽和磁化強度值要明顯低于Fe3O4@SnO2-1，這是因為Fe3O4@SnO2-2的SnO2層中的空隙較多，相鄰磁核距離增大，導致磁耦合性能降低.此外，由于合成Fe3O4@SnO2的水熱反應過程中，奧斯特瓦爾德熟化效應繼續(xù)促進了Fe3O4晶粒長大，因此Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2的矯頑力較Fe3O4和Fe3O4@SiO2有所增加[21].一般而言，初始磁導率（μi）由飽和磁化強度（MS）和矯頑力（Hc）決定，可以用來預測磁性吸波材料中的磁損耗能力，其表達式如下[22]：

圖5 試樣室溫下的磁滯回線Fig.5 Hysteresis loops of samples measured at room temperature

式中，a和b為由物質(zhì)組成決定的兩個常數(shù)，k為一個比例系數(shù)，λ為磁致伸縮系數(shù)，ξ為晶體的彈性應變參數(shù).高的μi通常能夠產(chǎn)生強的磁損耗，由上式可知，MS越大，Hc越小，越有利于μi的提高.基于上述磁性參數(shù)，F(xiàn)e3O4、Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2的磁損耗能力排序可能為：Fe3O4>Fe3O4@SiO2>Fe3O4@SnO2-1>Fe3O4@SnO2-2.

2.4 微波吸收性能分析

吸波材料的反射損耗(RL)可由傳輸線理論推導[23]：

式中：Z0為自由空間阻抗，一般為1；Zin為金屬背襯吸波涂層材料的輸入阻抗，可由下列公式表示：

圖6 試樣復介電常數(shù)和復磁導率在2～18 GHz隨頻率變化曲線.（a） 復介電常數(shù)實部；（b） 復介電常數(shù)虛部；（c） 復磁導率實部；（d） 復磁導率虛部Fig.6 Frequency-dependent complex permittivity and complex permeability of samples: (a) real parts of complex permittivity; (b) imaginary parts of complex permittivity; (c) real parts of complex permeability; (d) imaginary parts of complex permeability

式中，εr(εr=ε'-jε")和μr(μr=μ'-jμ")分別為吸波材料的復介電常數(shù)和復磁導率.c為電磁波在自由空間的速度，f為電磁波頻率，d為吸波材料的厚度.根據(jù)式（2）和（3），可知材料的吸波性能和復介電常數(shù)及復磁導率密切相關.一般而言，復介電常數(shù)和復磁導率的實部（ε'和μ'）代表電磁能量的存儲能力，而虛部（ε"和μ"）代表電磁能量的損耗能力[24].為了分析化學成分和微觀結構對材料電磁特性的影響，測量了Fe3O4、Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2在2～18 GHz頻率范圍內(nèi)的復介電常數(shù)和復磁導率，如圖6所示.圖6（a）和（b）為4種材料的復介電常數(shù)，F(xiàn)e3O4的初始ε'值為9.8，隨著頻率增大緩慢減小，18 GHz時達到8.1，而ε"值始終在1.1～1.3之間小幅度波動.當SiO2包覆Fe3O4后，其復介電常數(shù)明顯減小，這是因為SiO2絕緣薄膜將Fe3O4微球隔離開，降低了Fe3O4介電極化的程度，因此ε'值降低.同時，絕緣的SiO2薄膜降低了材料整體的電子遷移率，從而造成ε"值降低[25].與Fe3O4或者SiO2相比，SnO2具有優(yōu)良的導電特性，因此不難理解Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2的介電性能要優(yōu)于Fe3O4和Fe3O4@SiO2.此外，由于Fe3O4@SnO2-2表面負載有更多的SnO2，因此Fe3O4@SnO2-2的介電性能要優(yōu)于Fe3O4@SnO2-1.圖6（c）和（d）為樣品對應的復磁導率，不同于穩(wěn)定的復介電常數(shù)，F(xiàn)e3O4的μ'值起始為1.5，隨著頻率上升劇烈下降，8 GHz時降為0.8，隨后又逐漸上升，最后穩(wěn)定在0.94上下.同時μ"值也在3～14 GHz從0.63下降至0.1.μ'和μ"值隨頻率的變化趨勢表明，F(xiàn)e3O4的磁損耗主要來源于自然共振損耗[26].雖然Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2也能產(chǎn)生類似的自然共振損耗，但由于Fe3O4的相對含量較少，因此自然共振的振幅要低于純的Fe3O4.對比Fe3O4@SnO2-1，F(xiàn)e3O4@SnO2-2中的SnO2相對含量更多，且SnO2殼層中的空隙也能充當“有效介質(zhì)”，根據(jù)Maxwell-Garnet等效介質(zhì)模型[27]，F(xiàn)e3O4@SnO2-2的復磁導率要低于Fe3O4@SnO2-1.

上述Fe3O4、Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2對應的反射損耗可由電磁參數(shù)帶入式（2）和（3）模擬計算得到.圖7為它們在2～18 GHz反射損耗圖，考察厚度為0～5 mm.在微波吸收領域，通常將反射損耗強度以及對應的頻帶作為描述吸波性能的兩個重要參量.特別是反射強度在-10 dB以下的頻帶被視作有效吸收頻帶，對應電磁波的吸收率為90%～100%.此外，通常也期望吸波材料在較薄的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)電磁波的有效吸收，這是因為若吸波涂層過厚，則在實際應用中會面臨增重，結合強度低及熱震性能差等一系列問題.如圖7（a）所示，純的Fe3O4在厚度超過2.5 mm時才能產(chǎn)生有效吸收，當厚度為3.7 mm，頻率為7.6 GHz時，最小反射損耗RL（min）接近-40 dB.Fe3O4@SiO2和Fe3O4相比，雖然也能產(chǎn)生有效吸收，但有效吸收的區(qū)域范圍和吸收強度都不如Fe3O4（如圖7（b）所示）.當Fe3O4與SnO2直接復合后（Fe3O4@SnO2-1），其有效吸收的區(qū)域范圍大幅拓展(如圖7（c）所示），通過控制吸波材料厚度1.4～5 mm，其有效吸收頻帶可實現(xiàn)在3.4～18 GHz范圍內(nèi)可調(diào).Fe3O4@SnO2-1的RL（min）為-42 dB，此時厚度為2.9 mm，有效帶寬為2.6 GHz（7.5～10.1 GHz）.雖然Fe3O4@SnO2-2和Fe3O4@SnO2-1具有相似的有效吸收區(qū)域，但在較薄的厚度下，F(xiàn)e3O4@SnO2-2在反射損耗強度上更具有優(yōu)勢（如圖7（d）所示）.當其厚度為1.4～2.8 mm時，其RL（min）均低于-20 dB，相當于至少有99%的電磁波被吸收.綜合考慮吸收帶寬和最小反射損耗，F(xiàn)e3O4@SnO2-2的最優(yōu)厚度為1.7 mm，此時RL（min）為-29 dB，其有效帶寬為4.9 GHz（13.1～18 GHz）.

圖7 試樣的反射損耗圖.（a） Fe3O4；（b） Fe3O4@SiO2；（c） Fe3O4@SnO2-1；（d） Fe3O4@SnO2-2Fig.7 Reflection loss maps of samples: (a) Fe3O4; (b) Fe3O4@SiO2; (c) Fe3O4@SnO2-1; (d) Fe3O4@SnO2-2

圖8 試樣的介電損耗正切值（a）和磁損耗正切值（b）Fig.8 Dielectric loss tangents (tanδE) (a) and magnetic loss tangents (tanδM) (b) of samples

介電損耗和磁損耗被廣泛視作入射電磁波的主要損耗機制，因此采用介電損耗正切值(tanδE=ε"/ε')以及磁損耗正切值(tanδM=μ"/μ')來表征材料的介電損耗和磁損耗能力，以分析它們在電磁波損耗特性上的差異，其結果如圖8所示.Fe3O4、Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2的介電損耗和磁損耗正切值隨頻率變化曲線和它們的虛部曲線類似，說明虛部是影響它們損耗能力的主要因素.由于Fe3O4和Fe3O4@SiO2的ε"值很小，導致介電損耗正切值很小，因此可推斷介電損耗不是它們電磁波能量損耗的主要機制.當Fe3O4與SnO2復合后，介電損耗明顯增強，磁損耗呈現(xiàn)出不同程度的下降，表明Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2介電損耗的增強是以犧牲磁損耗為代價的.和Fe3O4@SnO2-1相比，F(xiàn)e3O4@SnO2-2的介電損耗能力更強，這主要歸因于Fe3O4@SnO2-2表面的SnO2負載量的提高增強了材料的導電損耗能力；其次，楊梅狀Fe3O4@SnO2-2的SnO2層內(nèi)空隙能提供更多的散射位點，使入射電磁波產(chǎn)生強烈的多重散射行為，從而增強材料對入射電磁波的能量消耗.另外，與介電損耗相對應，F(xiàn)e3O4、Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2磁損耗能力大小排序和前文磁性能分析中所推測的排序相同，表明這些材料的磁損耗能力只取決于磁響應能力和磁相互作用，而不是其他因素.

除了介電損耗和磁損耗，吸波性能還取決于電磁波的相消干涉，可用四分之一波長模型解釋[28]，即：

式中，tm為出現(xiàn)損耗峰時吸波材料的厚度，fm為損耗峰的峰值頻率.當電磁波垂直入射到金屬背襯的吸波涂層材料時，一部分電磁波會在空氣-涂層界面被反射回來；而進入吸波涂層的電磁波會在涂層內(nèi)部繼續(xù)傳播和損耗，接觸金屬背襯時會被完全反射，與之前反射的電磁波相互干涉.要形成損耗峰，即兩束電磁波發(fā)生相消干涉，吸波材料的厚度需滿足電磁波在介質(zhì)中波長λ的四分之一及其奇數(shù)倍，此時兩束電磁波的相位差剛好為180°.此外，文獻[29]還指出，損耗峰的強度由兩束電磁波的能量差決定，即當兩束電磁波能量相接近時才能形成較強的損耗峰，此時吸波材料的歸一化特征阻抗（Z=Zin/Z0）應接近1，否則即使?jié)M足相消干涉的條件也只能形成較弱的損耗峰.圖9為Fe3O4、Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-1和Fe3O4@SnO2-2歸一化特征阻抗Z分布圖，并繪制了相應的λ/4厚度-頻率曲線.顯然，這4種材料具有相似的λ/4厚度-頻率曲線，不同厚度下?lián)p耗峰的峰值頻率和該曲線的坐標位點相吻合，其損耗峰的強度完全由Z值決定.Fe3O4的Z值接近1的區(qū)域很小，表明其輸入阻抗與自由空間阻抗的匹配性較差，而當絕緣的SiO2包覆后，使Fe3O4原本的較弱介電損耗能力進一步降低，因此造成更嚴重的阻抗失配，導致吸波性能進一步下降，其結果和圖7（a）和（b）所示的吸波性能分析相吻合.當Fe3O4與SnO2復合后，介電損耗能力增強，磁損耗能力減弱，兩者達到了一個相對平衡的狀態(tài)，因此阻抗匹配能力得到提升.另外，F(xiàn)e3O4@SnO2-2中Z值接近1的區(qū)域更集中于低厚度區(qū)，說明相比于Fe3O4@SnO2-1，F(xiàn)e3O4@SnO2-2更容易在較薄的厚度下實現(xiàn)阻抗匹配.基于以上分析，楊梅狀的Fe3O4@SnO2-2不僅具有較強的介電損耗能力，且有利于提升阻抗匹配性能，因此表現(xiàn)出更好的電磁波吸收能力.

圖9 研究試樣的阻抗匹配圖.（a） Fe3O4；（b） Fe3O4@SiO2；（c） Fe3O4@SnO2-1；（d） Fe3O4@SnO2-2Fig.9 Impedance matching maps of studied samples: (a) Fe3O4; (b) Fe3O4@SiO2; (c) Fe3O4@SnO2-1; (d) Fe3O4@SnO2-2

3 結論

（1）以空心Fe3O4微球為模板，采用St?ber法合成了Fe3O4@SiO2前驅(qū)物，并采用水熱法進一步合成了楊梅狀的Fe3O4@SnO2.X射線衍射和X射線光電子能譜結果顯示楊梅狀的Fe3O4@SnO2晶型良好，合成純度較高.

（2）楊梅狀的Fe3O4@SnO2呈球狀，球徑約為500 nm，且分散均勻無明顯團聚.其SnO2層由納米SnO2顆粒松散堆疊而成，具有大量的空隙結構，層厚約為40 nm.

（3）相 比 于Fe3O4@SnO2-1，F(xiàn)e3O4@SnO2-2具有更好吸波性能，歸因于介電損耗的增強和良好阻抗匹配.楊梅狀的Fe3O4@SnO2最優(yōu)厚度為1.7 mm，此時RL(min)為-29 dB，有效帶寬為4.9 GHz（13.1～18 GHz），是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ奈ú牧?