這篇研究文章介紹了一種基于多元素異質組分的
多孔結構纖維，用于優化電磁波吸收性能和自防腐性能。以下是文章的主要內容：
1. 研究背景
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隨著科技發展，5G時代到來，電磁污染問題日益嚴重，需要高效的電磁波吸收材料。傳統金屬吸收材料在高頻率電磁波吸收方面存在局限，新型材料成為研究熱點。
2. 材料制備
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制備方法
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采用靜電紡絲技術、水熱合成和高溫催化方法制備一系列具有松葉狀碳納米管均勻分布的多孔纖維。
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通過調整原料如三聚氰胺、乙酰丙酮鈷等的用量，以及水熱合成中NH?F的含量，控制材料的組成和結構。
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材料結構
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制備了三種不同類型的纖維膜，分別為基于PAN添加三聚氰胺和乙酰丙酮鈷的P3C系列、不含乙酰丙酮鈷的P3系列和原始PAN纖維P系列，并在其基礎上通過水熱合成負載層狀雙氫氧化物（LDH），最后經高溫處理得到最終產物。
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3. 材料表征
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X射線衍射（XRD）
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對P3C、P3和P系列纖維膜制備的產物進行XRD分析，結果顯示產物中存在Ni、Co、CrN等成分的特征峰，且不同系列產物的峰位和強度有所差異，表明材料的晶體結構和成分受到制備條件的影響。
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掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）
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SEM圖像顯示碳納米管在碳纖維上的成功生長，且F離子的摻雜量影響碳納米管的形態，較高摻雜量可形成更復雜的碳納米管結構。TEM圖像進一步證實了碳納米管的均勻分布以及材料內部的晶格結構和缺陷情況，不同區域對應不同的晶格間距，表明存在多種組分形成的異質界面。
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對P3C NiCrN12和P3C NiCrN2進行XPS測試，檢測到C、N、Cr、Ni、Co、F等元素的存在，并分析了各元素的化學價態和化學環境，發現F離子摻雜量的變化會影響元素的結合能和電荷轉移情況。
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X射線光電子能譜（XPS）
4. 電磁波吸收性能
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反射損耗（RL）
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通過矢量網絡分析儀測量復合材料在石蠟負載下的反射損耗，結果表明不同復合材料在不同厚度下具有不同的RL值。其中P3C NiCrN12表現最佳，在厚度為2.2 mm時最小反射損耗（RLmin）為 - 56.18 dB，在厚度為2.1 mm時最大有效吸收帶寬（EABmax）為5.76 GHz。
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介電損耗和磁損耗
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通過分析相對復介電常數、相對復磁導率及其正切值，研究了材料的介電損耗和磁損耗機制。P3C NiCrN12的介電損耗正切值在0.38 - 0.62之間波動，表現出良好的介電損耗性能，同時材料的磁性顆粒也貢獻了一定的磁損耗。
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衰減常數和阻抗匹配
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計算了衰減常數（α），P3C系列復合材料的衰減系數高于P3系列和P系列，其中P3C NiCrN12的衰減能力最強。阻抗匹配分析表明，P3C NiCrN12在0.8 - 1.2的阻抗匹配范圍內具有最大的吸收帶寬，有利于電磁波的進入和吸收。
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Cole - Cole曲線
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該系統的Cole - Cole曲線由半圓和不規則形狀組成，表明材料中存在多種極化機制和損耗機制，如導電損耗、偶極極化等。
5. 防腐性能
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將復合材料與環氧樹脂混合涂覆在Q235鋼板上，通過電化學測試研究其在海水溶液中的防腐性能。
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電化學阻抗譜（EIS）結果顯示，即使經過20天，涂層仍保持較高的阻抗值，優于未涂覆的Q235鋼。Tafel曲線擬合得到的腐蝕電流密度（icorr）和腐蝕速率（v）表明，涂覆復合材料的Q235鋼的腐蝕電流密度遠低于未涂覆鋼，腐蝕速率較低，證明復合材料具有良好的防腐性能。
6. 結論
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本研究成功制備了一系列在碳納米纖維上均勻生長碳納米管的復合材料，通過引入介電和磁性組分優化了阻抗匹配，提高了電磁波吸收效率。P3C NiCrN12表現出優異的電磁波吸收性能和良好的防腐性能，為電磁波吸收體的進一步發展和設計提供了有價值的見解。
轉自《石墨烯研究》公眾號
