MoS2/CoFe/C复合材料的制备和吸波性能

doi:10.11901/1005.3093.2020.486

MoS₂/CoFe/C复合材料的制备和吸波性能

张远, 冀志江^,, 解帅, 王静, 司甜甜

中国建筑材料科学研究总院有限公司绿色建筑材料国家重点实验室北京 100024

Preparation and Microwave Absorbing Properties of MoS₂/CoFe/C Composite

ZHANG Yuan, JI Zhijiang^,, XIE Shuai, WANG Jing, SI Tiantian

China Building Material Academy, State Key Laboratory of Green Building Materials, Beijing 100024, China

通讯作者: 冀志江，正高级工程师，jzj1964@sina.com，研究方向为生态环境功能材料

收稿日期: 2020-11-12 修回日期: 2021-04-01

基金资助:

绿色建筑材料国家重点实验室十四五预研项目. ZA-23

Corresponding authors: JI Zhijiang, Tel:(010)51167119, E-mail:jzj1964@sina.com

Received: 2020-11-12 Revised: 2021-04-01

作者简介 About authors

张远，男，1998年生，硕士生

摘要

先水热合成MoS₂/CoFe₂O₄纳米复合吸波材料，再通过合理的物料配比并使用无水葡萄糖作为碳源和还原剂，使MoS₂/CoFe₂O₄复合材料在氮气氛中还原为MoS₂/CoFe/C三元纳米复合材料。对这种复合材料的形貌、相结构及电磁参数进行表征、模拟分析其最佳匹配厚度和吸波性能，研究了碳源浓度对复合材料的组成和性能的影响并根据弛豫理论讨论其吸波机制。结果表明，厚度为3 mm的这种复合材料在12.4 GHz处的最低反射损耗可达-42.9 dB；厚度为4 mm时低于-10 dB的频带宽度可达7.1 GHz。

关键词： 复合材料 ; 吸波材料 ; 水热反应 ; 磁性纳米颗粒 ; 介电损耗

Abstract

The composite absorbing material of MoS₂/CoFe/C was prepared via a two-step process, namely, the MoS₂/CoFe₂O₄ was hydro-thermally synthesized with anhydrous glucose as carbon source and reducing agent in a reasonable material ratio, which then was reduced to MoS₂/CoFe/C of ternary-nanometer flower structure in nitrogen atmosphere. The morphology, phase structure and electromagnetic parameters of the ternary nanomaterial were characterized, while the relation of the optimum matching thickness and absorbing property of the composite was assessed with computer simulation. The effect of glucose concentrations on the composition and properties of the composites were investigated. The absorption mechanism was discussed based on the Relaxation Polarization theory. When the thickness is 3 mm the lowest reflectivity of MoS₂/CoFe/C composite material at 12.4 GHz can reach -42.9 dB. When the thickness is 4 mm the reflectivity frequency of MoS₂/CoFe/C composite material is lower than -10 dB with bandwidth up to 7.1 GHz.

Keywords： composite ; electromagnetic wave absorbing materials ; hydrothermal reaction ; magnetic nanoparticles ; dielectric loss

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本文引用格式

张远, 冀志江, 解帅, 王静, 司甜甜. MoS₂/CoFe/C复合材料的制备和吸波性能. 材料研究学报[J], 2021, 35(12): 925-932 DOI:10.11901/1005.3093.2020.486

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随着通信技术的发展，电磁污染逐渐加重。电磁污染不仅威胁电子设备的工作，且危害人类的身体健康。因此，开发微波吸收能力强、工作频段宽、低密度和低成本的吸波材料迫在眉睫。典型的二维材料MoS₂禁带宽度大，电导率低，较小的复介电常数实部有利于提高材料的阻抗匹配特性，可用作吸波材料的载体^[1~4]。但是MoS₂没有磁损耗性能，为提高其电磁损耗性能可将其与磁损耗材料复合^[5~7]。Luo等^[8]用水热法制备了一种多孔ZnO微球负载MoS₂的复合材料，其厚度为2.5 mm时在11.84 GHz处的反射损耗最小可达-35.8 dB。He 等^[9]用刻蚀法合成Ti₃C₂ MXene二维介电材料，并使用溶剂热法制备出CoFe₂O₄纳米粒子修饰的Ti₃C₂ MXene复合材料。这种材料在匹配厚度为1.5 mm时，最小反射损耗可达-30.9 dB。尽管磁性金属具有高饱和磁化强度，但是Snoek极限使其磁导率在高频迅速下降，导致二元介电-磁损耗复合材料在高频段电磁的损耗能力基地。一些研究人员试图引入更大各向异性的磁损耗材料突破Snoek极限^[10]，但是制备高各向异性的磁性纳米颗粒的水雾法^[11]、高能球磨法^[12]的复杂工艺限制了这类材料的应用。通过热处理将CoFe₂O₄还原为CoFe并将其应用于催化^{[13, 14]}和吸波^{[15, 16]}领域，已有文献报道。Li等^[15]在富碳环境下用热处理工艺制备C@CoFe纳米颗粒并将其与石墨烯混合制备出C@CoFe/rGO吸波泡沫，这种材料具有良好的抗压性能和阻燃性且其最大反射损耗可达-46.2 dB。这表明，在富碳环境下使用CoFe₂O₄为前驱体可制备具有优异的电磁损耗性能的CoFe/C复合材料。本文先用一锅法水热合成花状MoS₂/CoFe₂O₄纳米复合材料，然后使用葡萄糖作为碳源和还原剂在氮气气氛下合成花状MoS₂/CoFe/C纳米复合吸波材料，研究复杂富碳体系下碳源浓度对MoS₂/CoFe/C复合材料吸波性能的影响。

1 实验方法

1.1 样品的制备

(1)将2.0 g CS(NH₂)₂、1 mL HCl和1.0 g Na₂MoO₄·2H₂O均匀分散在140 mL去离子水中，超声处理5 min后装入200 mL的水热釜中，在200℃反应20 h后自然冷却至室温，然后离心分离出沉淀物并充分清洗，置于真空干燥箱干燥后得到MoS₂粉体。

(2) 将5 g 的MoS₂粉体加到140 mL去离子水中超声分散，然后依次加入0.489 g 的FeCl₂·4H₂O(2.4 mmol)和0.295 g 的CoCl₂·6H₂O(1.2 mmol)，在60℃磁力搅拌条件下缓慢加入过量双氧水(将Fe²⁺氧化为Fe³⁺)，然后缓慢加入氨水调节溶液的pH值为10，搅拌10 min后得到MoS₂/CoFe₂O₄悬浊液。

(3) 将MoS₂/CoFe₂O₄悬浊液移至100℃水热釜中反应2 h，自然冷却至室温后将溶液离心分离，然后依次用去离子水和无水乙醇充分冲洗沉淀物。将沉淀物置于真空干燥箱中干燥后得到MoS₂/CoFe₂O₄复合材料粉体。

在步骤(2)中的悬浊液中依次加入0.25 g的聚乙烯醇和x g的无水葡萄糖(x=0.234，0.486，0.702)，充分搅拌溶解后将溶液转移至100℃、200 mL的水热釜中反应2 h，自然冷却至室温后用去离子水和无水乙醇充分冲洗沉淀物，然后将其置于真空干燥箱干燥。将干燥后的黑色粉末放入温度为700℃的管式炉在氮气气氛中煅烧5 h，得到MoS₂/CoFe/C复合材料。

1.2 性能表征

用Rigaku D/Max-2550pc X射线衍射仪(XRD)对复合材料晶相进行分析；用Sigma 500型号扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的形貌；用XFlash 6130 X射线能谱仪(EDS)对试样进行形貌和元素分析；用LabRAM HR evolution拉曼光谱仪表征材料的组成；用PPMS-9综合物性测量系统测量材料的磁性。

用Agilent N5234A型矢量网络分析仪用同轴传输/反射法测试材料的电磁参数，测试频率范围为2~18 GHz。电磁参数测试用样品，是粉末样品与石蜡按1∶1的体积比压制成的圆环状样品，其内径为3.04 mm，外径为7 mm。基于测试出的复介电常数和复磁导率，依据传输线理论计算公式^[17]，材料的电磁损耗为

R_{L} = 20 l g |\frac{Z_{i n} - 1}{Z_{i n} + 1}|

(1)

和

Z_{i n} = \sqrt[]{\frac{μ_{r}}{ε_{r}}} t a n h (\frac{j 2 π f d}{c} \sqrt[]{μ_{r} ε_{r}})

(2)

式中 $Z_{i n}$ 为材料的输入阻抗； $ε_{r}$ 为相对复介电常数； $μ_{r}$ 为相对复磁导率； $f$ 为入射电磁波频率； $d$ 为样品的厚度； $c$ 为光速。反射率 $R_{L}$ 是材料对电磁波的吸收强度，单位为dB。当 $R_{L}$ =-10 dB代表90%的入射电磁能量被材料吸收。

2 结果和讨论

2.1 复合材料的组成

图1给出了MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C复合材料的XRD谱。可以看出，XRD图谱中包含有与MoS₂(PDF #37-1492)、CoFe₂O₄(PDF #79-1744)、CoFe(PDF #49-1568)和C(PDF #50-1083)四个物相对应的衍射峰。其中2θ=14.4°、32.7°、33.5°39.5°和49.8°处的衍射峰分别对应MoS₂的(002)、(100)、(101)、(103)和(105)晶面。2θ=30.08°、35.43°、56.9°和62.5°处的衍射峰分别对应于CoFe₂O₄的(104)、(113)、(125)和(208)晶面。2θ=44.9°、65.3°和82.7°处的衍射峰分别对应CoFe的(110)、(200)和(211)晶面。2θ=43.9°、47.1°和75.3°处的衍射峰分别对应C的(012)、(013)和(110)晶面。

图1

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图1 MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C复合材料的XRD谱

Fig.1 XRD patterns of MoS₂/CoFe₂O₄ and MoS₂/CoFe/C composites

其次，除C的衍射峰外，与MoS₂、CoFe₂O₄和CoFe对应的衍射峰没有偏移，与标准卡片一致。这表明，合成的复合材料中阳离子没有彼此掺杂，物相之间通过界面接触形成异质结，证明实验中合成了MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C复合材料。在实验中观察到C的衍射峰对称性略差，说明合成的MoS₂/CoFe/C复合材料中C的结晶性较差。此外，三组MoS₂/CoFe/C复合材料样品XRD图谱中出现了少量强度较低的杂峰，其中在2θ=15.1°处杂峰(经过卡片对比)为CoCl₂(PDF #22-0590)的(003)晶面的衍射峰。这表明，用该方法制备的MoS₂/CoFe/C复合材料中杂质极少。

2.2 复合材料的SEM形貌和EDS分析

MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C复合材料的形貌，如图2a~d所示。从图2a可见，MoS₂/CoFe₂O₄是由尺寸约为2 μm的微球组成，球的表面由薄厚不一的纳米片堆叠而成，片间有大量的空隙。图2b~d给出了MoS₂/CoFe/C复合材料的微观形貌，从照片中可观察到大量纳米片的堆叠。但是，随碳源浓度的提高球状团聚减少，片层间堆叠逐渐紧密。MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料中的纳米片层表面较为光滑(图2b)，在图2c中可观察到表面光滑夹杂在片层材料中的几何颗粒，推测可能是CoFe合金化合物，而MoS₂/CoFe/C-0.702样品的纳米片表面附着有形状不规则的颗粒(图2d)。

图2

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图2 复合材料MoS₂/CoFe₂O₄、MoS₂/CoFe/C-0.234、MoS₂/CoFe/C-0.468、MoS₂/CoFe/C-0.702的扫描电镜照片以及MoS₂@C@CoFe-0.468的选区元素面分布图(Mo, S, C, Fe, Co)

Fig.2 SEM images taken from of the MoS₂/CoFe₂O₄ (a), MoS₂/CoFe/C-0.234 (b), MoS₂/CoFe/C-0.468 (c), MoS₂/CoFe/C-0.702 composites (d) and EDS mappings of MoS₂/CoFe/C-0.468 composite showing the distribution of the Mo, S, C, Fe and Co elements (e~j)

对MoS₂/CoFe/C-0.468复合材料的表面进行选区元素分析，结果如图2f~j所示。从图中可见S和Mo的元素分布区域相互对应，说明S和Mo元素在复合材料中主要以MoS₂的形式存在。C元素的分布比较均匀，而Fe和Co元素呈颗粒状分布，偶有团聚。这种分布进一步证明，在复合材料中CoFe颗粒较为分散的镶嵌在MoS₂的纳米花上，而碳颗粒则较为均匀的分散在材料中。综上所述，MoS₂/CoFe/C复合材料中的三种物相交错分布，产生的大量相界面有利于在高频电磁场下发生界面弛豫极化，从而消耗入射电磁能量。

2.3 复合材料的电磁损耗

图3给出了厚度为2~4.5 mm 的MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C四种复合材料的反射损耗曲线。可以看出，MoS₂/CoFe₂O₄复合材料的最低反射损耗为-3.41 dB，MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料的最低反射损耗可达-16.1 dB，MoS₂/CoFe/C-0.468复合材料的最低反射损耗可达-42.9 dB，MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料的最低反射损耗可达-31.9 dB。这些结果表明，MoS₂/CoFe₂O₄复合材料的电磁损耗性能并不强，并且最大反射损耗与碳源浓度没有直接联系。但是，三组MoS₂/CoFe/C复合材料的反射损耗明显地比MoS₂/CoFe₂O₄复合材料样品的高。

图3

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图3 复合材料MoS₂/CoFe₂O₄、MoS₂/CoFe/C-0.234、MoS₂/CoFe/C-0.468和MoS₂/CoFe/C-0.702的反射损耗

Fig.3 Reflection loss ofMoS₂/CoFe₂O₄ (a), MoS₂/CoFe/C-0.234 (b), MoS₂/CoFe/C-0.468 (c) and MoS₂/CoFe/C-0.702 composites (d)

由图3b~d可见，随着厚度的增大MoS₂/CoFe/C复合材料的吸收峰逐渐向低频移动。厚度的增大使材料的有效吸收频带随之增加。厚度为4.5 mm的MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料低于-10 dB的反射损耗频带宽度可达5.9 GHz(9.7~15.6 GHz)，而厚度为4 mm的MoS₂/CoFe/C-0.468复合材料低于-10 dB的反射损耗频带宽度可达7.1 GHz(5.3~12.4 GHz)，基本覆盖了70%的C波段和全部的X波段。MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料的吸波特性与前两者稍有不同，虽然随着厚度的增加，吸收峰向低频移动，但是最优频带宽度出现在厚度为2.5 mm时，反射损耗低于-10 dB的频带宽度可达6.7 GHz(11.3~18 GHz)，该频带完全覆盖了Ku波段。

图4a给出了MoS₂/CoFe/C复合材料的磁滞回线，可见这种复合材料具有铁磁材料的磁化特性。MoS₂/CoFe/C-0.234的M_s约为18.5 emu/g，矫顽力H_c约为147 Oe；MoS₂/CoFe/C-0.468的M_s约为19.1 emu/g，矫顽力H_c约为228 Oe；MoS₂/CoFe/C-0.702的M_s约为27.9 emu/g，矫顽力H_c约为290 Oe；与文献数据中CoFe的复合材料的磁滞回线相比(M_s=66 emu/g，H_c=270 Oe)^[15]，矫顽力相差较小，而饱和磁化强度相差较大。从图4可见，随着碳源浓度的提高饱和磁化强度提高，表明碳源的增加使产物中CoFe的含量提高。图4b给出了MoS₂/CoFe/C复合材料的拉曼图谱，可见谱中有碳材料的D和G两个特征峰，其中D峰来源于结构缺陷所导致的面内振动，G峰来自于C-C分子间的伸缩振动。一般用D峰和G峰的强度比值，即I_D/I_G表征碳材料的缺陷密度。实验测得MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料的I_D/I_G为1.02；MoS₂/CoFe/C-0.468复合材料的I_D/I_G为1.06；MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料的I_D/I_G为0.89。拉曼光谱的数据表明，本文制备的MoS₂/CoFe/C复合材料中C的缺陷密度较高，有助于电磁波的穿透和吸收，从而提高电磁损耗性能。

图4

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图4 复合材料MoS₂/CoFe/C的磁滞回线和MoS₂/CoFe/C的拉曼谱

Fig.4 Magnetic hysteresis loops of MoS₂/CoFe/C composites (a) and Raman spectra of MoS₂/CoFe/C composites (b)

图5a~c依次给出了MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C复合材料的相对复介电常数的实部 $ε^{'}$ 、虚部 $ε^{″}$ 和介电损耗角正切 $t a n δ_{e}$ 。由图5a可见，MoS₂/CoFe/C-0.468和MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料的 $ε^{'}$ 为4~6，而MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料的 $ε^{'}$ 稳定在2~3。 $ε^{'}$ 表征对入射电磁波能量的储存能力。在保证阻抗匹配的情况下， $ε^{'}$ 的数值越大越有利于电磁吸收。在图5b中，四种复合材料的 $ε^{″}$ 也有较大的差异。MoS₂/CoFe₂O₄复合材料的 $ε^{″}$ 较小，约为0.3；MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料在2~18 GHz内复介电常数虚部稳定在1.2左右；而MoS₂/CoFe/C-0.468复合材料的 $ε^{″}$ 较高为2~8 GHz，在8~12 GHz频段复介电常数虚部保持在1左右，而在12~18 GHz迅速下降到0.3左右；碳源浓度最高的MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料在13~16 GHz内复介电常数产生较大波动，波动峰值达到了2.6，而在其他频段 $ε^{″}$ 则稳定在1.6左右。MoS₂/CoFe/C-0.468和MoS₂/CoFe/C-0.702样品的复介电常数虚部均出现了明显的共振峰，其原因可能是随着碳源浓度的提高CoFe/C界面随之增多，葡萄糖在氮气碳化过程中部分含氢、氧元素的基团残留在碳表面，在外场作用下大量的偶极子在外场中重新定向，从而损耗入射电磁能量。此外，MoS₂/CoFe/C复合材料的相组成更复杂，与MoS₂/CoFe₂O₄复合材料相比界面接触更多，这也产生了大量界面极化引起的极化损耗。这一点也体现在图5c的介电损耗角正切值中。在该图中，MoS₂/CoFe/C复合材料的介电损耗正切值均优于MoS₂/CoFe₂O₄复合材料。同理，即使MoS₂/CoFe₂O₄复合材料本身的阻抗匹配性较好，但是由于复介电常数虚部数值较低也很难单独作为高效吸波剂使用。这一点与现行MoS₂^{[18, 19]}和CoFe₂O₄^{[20, 21]}吸波材料的研究趋势一致，均将其与高导电材料复合，以提升其介电损耗性能。

图5

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图5 复合材料MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C的相对复介电常数的实部 $ε^{'}$ 、虚部 $ε^{″}$ 和介电损耗角正切 $t a n δ_{e}$ ，以及相对复磁导率的实部 $μ^{'}$ 、虚部 $μ^{″}$ 和磁损耗角正切 $t a n δ_{μ}$

Fig.5 Real part $ε^{'}$ , imaginary part $ε^{″}$ and dielectric loss $t a n δ_{e}$ of complex permittivity, real part $μ^{'}$ , imaginary part $μ^{″}$ and magnetic loss $t a n δ_{μ}$ of complex permeability of MoS₂/CoFe₂O₄ and MoS₂/CoFe/C composites

图5d~f给出了两种复合材料的复磁导率的实部( $μ^{'}$ )、虚部( $μ^{″}$ )和磁损耗角正切值( $t a n δ_{μ}$ )。由图5d可见，在2~6 GHz内MoS₂/CoFe₂O₄、MoS₂/CoFe/C-0.234和MoS₂/CoFe/C-0.7702的 $μ^{'}$ 有明显的差异，但是在剩余频段三者的 $μ^{'}$ 趋于一致。MoS₂/CoFe/C复合材料的 $μ^{″}$ 在数值上比MoS₂/CoFe₂O₄复合材料的高，表明MoS₂/CoFe/C复合材料的磁损耗更大。MoS₂/CoFe/C复合材料的磁损耗正切更大，但是在高频段二者的磁损耗正切值都趋向于零，这也表明低频电磁损耗主要是磁损耗，高频电磁损耗以介电损耗为主。

根据德拜理论，复介电常数实部( $ε^{'}$ )和虚部( $ε^{″}$ )满足^{[22, 23]}

ε^{'} = ε_{\infty} + \frac{ε_{s} - ε_{\infty}}{1 + ω^{2} τ^{2}}

(3)

ε^{″} = \frac{ε_{s} - ε_{\infty}}{1 + ω^{2} τ^{2}} ε τ + \frac{σ}{ω ε_{0}}

(4)

式中 $ε_{s}$ 为静态介电常数， $ε_{\infty}$ 为极限高频下的相对介电常数， $ω$ 为角频率， $τ$ 为弛豫时间， $σ$ 为电导率， $ε_{0}$ 为真空介电常数。由式(4)可知，复介电常数虚部与材料的电导率和极化弛豫正相关，与频率负相关。这也解释了MoS₂/CoFe₂O₄复合材料与MoS₂/CoFe/C复合材料复介电常数虚部的差异。当C和CoFe共存时，纳米颗粒间更容易形成导电网络，提高了复合材料的电导率。同时，MoS₂/CoFe/C复合材料的弛豫极化强于MoS₂/CoFe₂O₄复合材料。根据对柯尔-柯尔曲线的分析，当材料的复介电常数实部( $ε^{'}$ )和虚部( $ε^{″}$ )满足

{(ε^{'} - \frac{ε_{s} + ε_{\infty}}{2})}^{2} + {(ε^{″})}^{2} = {(\frac{ε_{s} - ε_{\infty}}{2})}^{2}

(5)

时，在柯尔-柯尔图中会出现一个半圆，表明存在一种弛豫极化过程^[24]。从图6可见，MoS₂/CoFe₂O₄复合材料的柯尔-柯尔图中的曲线完全无序，MoS₂/CoFe/C-0.234的曲线有多个不完整的半圆，而MoS₂/CoFe/C-0.468和MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料有多个半径较大的半圆。这表明，这种材料中存在多种极化弛豫过程。根据物相推断，弛豫极化过程可能与MoS₂/C、MoS₂/CoFe和C/CoFe的界面极化有关。综上所述，这两方面的作用共同增强了MoS₂/CoFe/C复合材料的介电损耗。

图6

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图6 复合材料MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C的柯尔-柯尔图

Fig.6 Cole-Cole curves of MoS₂/CoFe₂O₄ (a) and MoS₂/CoFe/C-0.234 (b), MoS₂/CoFe/C-0.468 (c) and MoS₂/CoFe/C-0.702 (d)

3 结论

(1) 先用水热法制备MoS₂/CoFe₂O₄纳米复合材料，在此基础上进行合理配料在氮气气氛下进行煅烧，可制备出结晶度高且形貌良好的MoS₂/CoFe/C三元纳米复合材料。

(2) 用共沉淀法制备CoFe₂O₄时，在反应溶液中加入葡萄糖作为下一步煅烧时的碳源，在氮气气氛下过量的葡萄糖碳化，一部分单质碳将铁酸钴还原为铁钴合金而另一部分负载在MoS₂表面，从而可在较低的温度下两步制备出结晶度高且形貌良好的MoS₂/CoFe/C三元纳米复合材料。

(3) 在碳源浓度不同的条件下制备的MoS₂/CoFe/C三元纳米复合材料其有效吸波频段可覆盖C、X和Ku波段。MoS₂/CoFe/C-0.468复合材料厚度为3 mm时在12.4 GHz处最低反射损耗可达-42.9 dB，厚度为4 mm时在5.3~12.4 GHz反射损耗均低于-10 dB而吸波频带宽度可达7.1 GHz，厚度为2.5 mm时低于-10 dB的反射损耗频带宽度可达6.7 GHz(11.3~18 GHz)。

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2018

... 随着通信技术的发展，电磁污染逐渐加重.电磁污染不仅威胁电子设备的工作，且危害人类的身体健康.因此，开发微波吸收能力强、工作频段宽、低密度和低成本的吸波材料迫在眉睫.典型的二维材料MoS₂禁带宽度大，电导率低，较小的复介电常数实部有利于提高材料的阻抗匹配特性，可用作吸波材料的载体^[1~4].但是MoS₂没有磁损耗性能，为提高其电磁损耗性能可将其与磁损耗材料复合^[5~7].Luo等^[8]用水热法制备了一种多孔ZnO微球负载MoS₂的复合材料，其厚度为2.5 mm时在11.84 GHz处的反射损耗最小可达-35.8 dB.He 等^[9]用刻蚀法合成Ti₃C₂ MXene二维介电材料，并使用溶剂热法制备出CoFe₂O₄纳米粒子修饰的Ti₃C₂ MXene复合材料.这种材料在匹配厚度为1.5 mm时，最小反射损耗可达-30.9 dB.尽管磁性金属具有高饱和磁化强度，但是Snoek极限使其磁导率在高频迅速下降，导致二元介电-磁损耗复合材料在高频段电磁的损耗能力基地.一些研究人员试图引入更大各向异性的磁损耗材料突破Snoek极限^[10]，但是制备高各向异性的磁性纳米颗粒的水雾法^[11]、高能球磨法^[12]的复杂工艺限制了这类材料的应用.通过热处理将CoFe₂O₄还原为CoFe并将其应用于催化^{[13, 14]}和吸波^{[15, 16]}领域，已有文献报道.Li等^[15]在富碳环境下用热处理工艺制备C@CoFe纳米颗粒并将其与石墨烯混合制备出C@CoFe/rGO吸波泡沫，这种材料具有良好的抗压性能和阻燃性且其最大反射损耗可达-46.2 dB.这表明，在富碳环境下使用CoFe₂O₄为前驱体可制备具有优异的电磁损耗性能的CoFe/C复合材料.本文先用一锅法水热合成花状MoS₂/CoFe₂O₄纳米复合材料，然后使用葡萄糖作为碳源和还原剂在氮气气氛下合成花状MoS₂/CoFe/C纳米复合吸波材料，研究复杂富碳体系下碳源浓度对MoS₂/CoFe/C复合材料吸波性能的影响. ...

Positive and reverse core/shell structure Co_xFe_3-_xO₄/MoS₂ and MoS₂/Co_xFe_3-_xO₄ nanocomposites: selective production and outstanding electromagnetic absorption comprehensive performance

2020

Two-dimensional MoS₂ modified using CoFe₂O₄ nanoparticles with enhanced microwave response in the X and Ku band

2019

Hierarchical FeCo@MoS₂ nanoflowers with strong electromagnetic wave absorption and broad bandwidth

2018

Recent progress of nanomaterials for microwave absorption

2019

CoFe₂O₄ nanoparticles decorated MoS₂-reduced graphene oxide nanocomposite for improved microwave absorption and shielding performance

2019

One pot green synthesis and EM wave absorption performance of MoS₂@nitrogen doped carbon hybrid decorated with ultrasmall cobalt ferrite nanoparticles

2020

MoS₂ spheres decorated on hollow porous ZnO microspheres with strong wideband microwave absorption

2020

Tunable electromagnetic and enhanced microwave absorption properties in CoFe₂O₄ decorated Ti₃C₂ MXene composites

2020

2010

Microwave absorbing characteristics of flake-shaped FeNiMo/epoxy composites

2013

Magnetic, dielectric, and microwave absorbing properties of iron particles dispersed in rubber matrix in gigahertz frequencies

2005

Graphene based magnetic nanohybrids as promising catalysts for the green synthesis of β-amino alcohol derivatives

2020

Synergistic catalytic effect of N-doped carbon embedded with CoFe-rich CoFe₂O₄ clusters as highly efficient catalyst towards oxygen reduction

2020

Three-dimensional macroassembly of hybrid C@CoFe nanoparticles/reduced graphene oxide nano-sheets towards multifunctional foam

2020

... [15]在富碳环境下用热处理工艺制备C@CoFe纳米颗粒并将其与石墨烯混合制备出C@CoFe/rGO吸波泡沫，这种材料具有良好的抗压性能和阻燃性且其最大反射损耗可达-46.2 dB.这表明，在富碳环境下使用CoFe₂O₄为前驱体可制备具有优异的电磁损耗性能的CoFe/C复合材料.本文先用一锅法水热合成花状MoS₂/CoFe₂O₄纳米复合材料，然后使用葡萄糖作为碳源和还原剂在氮气气氛下合成花状MoS₂/CoFe/C纳米复合吸波材料，研究复杂富碳体系下碳源浓度对MoS₂/CoFe/C复合材料吸波性能的影响. ...

... 图4a给出了MoS₂/CoFe/C复合材料的磁滞回线，可见这种复合材料具有铁磁材料的磁化特性.MoS₂/CoFe/C-0.234的M_s约为18.5 emu/g，矫顽力H_c约为147 Oe；MoS₂/CoFe/C-0.468的M_s约为19.1 emu/g，矫顽力H_c约为228 Oe；MoS₂/CoFe/C-0.702的M_s约为27.9 emu/g，矫顽力H_c约为290 Oe；与文献数据中CoFe的复合材料的磁滞回线相比(M_s=66 emu/g，H_c=270 Oe)^[15]，矫顽力相差较小，而饱和磁化强度相差较大.从图4可见，随着碳源浓度的提高饱和磁化强度提高，表明碳源的增加使产物中CoFe的含量提高.图4b给出了MoS₂/CoFe/C复合材料的拉曼图谱，可见谱中有碳材料的D和G两个特征峰，其中D峰来源于结构缺陷所导致的面内振动，G峰来自于C-C分子间的伸缩振动.一般用D峰和G峰的强度比值，即I_D/I_G表征碳材料的缺陷密度.实验测得MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料的I_D/I_G为1.02；MoS₂/CoFe/C-0.468复合材料的I_D/I_G为1.06；MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料的I_D/I_G为0.89.拉曼光谱的数据表明，本文制备的MoS₂/CoFe/C复合材料中C的缺陷密度较高，有助于电磁波的穿透和吸收，从而提高电磁损耗性能. ...

Ultrathin and flexible biomass-derived C@CoFe nanocomposite films for efficient electromagnetic interference shielding

2020

Application of ferrite to electromagnetic wave absorber and its characteristics

1971

... 用Agilent N5234A型矢量网络分析仪用同轴传输/反射法测试材料的电磁参数，测试频率范围为2~18 GHz.电磁参数测试用样品，是粉末样品与石蜡按1∶1的体积比压制成的圆环状样品，其内径为3.04 mm，外径为7 mm.基于测试出的复介电常数和复磁导率，依据传输线理论计算公式^[17]，材料的电磁损耗为 ...

Preparation, characterization and microwave absorbing properties of MoS₂ and MoS₂-reduced graphene oxide (RGO) composites

2019

... 图5a~c依次给出了MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C复合材料的相对复介电常数的实部

ε^{'}

、虚部

ε^{″}

和介电损耗角正切

t a n δ_{e}

.由图5a可见，MoS₂/CoFe/C-0.468和MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料的

ε^{'}

为4~6，而MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料的

ε^{'}

稳定在2~3.

ε^{'}

表征对入射电磁波能量的储存能力.在保证阻抗匹配的情况下，

ε^{'}

的数值越大越有利于电磁吸收.在图5b中，四种复合材料的

ε^{″}

也有较大的差异.MoS₂/CoFe₂O₄复合材料的

ε^{″}

较小，约为0.3；MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料在2~18 GHz内复介电常数虚部稳定在1.2左右；而MoS₂/CoFe/C-0.468复合材料的

ε^{″}

较高为2~8 GHz，在8~12 GHz频段复介电常数虚部保持在1左右，而在12~18 GHz迅速下降到0.3左右；碳源浓度最高的MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料在13~16 GHz内复介电常数产生较大波动，波动峰值达到了2.6，而在其他频段

ε^{″}

则稳定在1.6左右.MoS₂/CoFe/C-0.468和MoS₂/CoFe/C-0.702样品的复介电常数虚部均出现了明显的共振峰，其原因可能是随着碳源浓度的提高CoFe/C界面随之增多，葡萄糖在氮气碳化过程中部分含氢、氧元素的基团残留在碳表面，在外场作用下大量的偶极子在外场中重新定向，从而损耗入射电磁能量.此外，MoS₂/CoFe/C复合材料的相组成更复杂，与MoS₂/CoFe₂O₄复合材料相比界面接触更多，这也产生了大量界面极化引起的极化损耗.这一点也体现在图5c的介电损耗角正切值中.在该图中，MoS₂/CoFe/C复合材料的介电损耗正切值均优于MoS₂/CoFe₂O₄复合材料.同理，即使MoS₂/CoFe₂O₄复合材料本身的阻抗匹配性较好，但是由于复介电常数虚部数值较低也很难单独作为高效吸波剂使用.这一点与现行MoS₂^{[18, 19]}和CoFe₂O₄^{[20, 21]}吸波材料的研究趋势一致，均将其与高导电材料复合，以提升其介电损耗性能. ...

Synthesis and electromagnetic wave absorption properties of three-dimensional nano-flower structure of MoS₂/polyaniline nanocomposites

2019

... 图5a~c依次给出了MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C复合材料的相对复介电常数的实部

ε^{'}

、虚部

ε^{″}

和介电损耗角正切

t a n δ_{e}

.由图5a可见，MoS₂/CoFe/C-0.468和MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料的

ε^{'}

为4~6，而MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料的

ε^{'}

稳定在2~3.

ε^{'}

表征对入射电磁波能量的储存能力.在保证阻抗匹配的情况下，

ε^{'}

的数值越大越有利于电磁吸收.在图5b中，四种复合材料的

ε^{″}

也有较大的差异.MoS₂/CoFe₂O₄复合材料的

ε^{″}

较小，约为0.3；MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料在2~18 GHz内复介电常数虚部稳定在1.2左右；而MoS₂/CoFe/C-0.468复合材料的

ε^{″}

ε^{″}

Microwave absorption enhancement of porous C@CoFe₂O₄ nanocomposites derived from eggshell membrane

2019

... 图5a~c依次给出了MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C复合材料的相对复介电常数的实部

ε^{'}

、虚部

ε^{″}

和介电损耗角正切

t a n δ_{e}

.由图5a可见，MoS₂/CoFe/C-0.468和MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料的

ε^{'}

为4~6，而MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料的

ε^{'}

稳定在2~3.

ε^{'}

表征对入射电磁波能量的储存能力.在保证阻抗匹配的情况下，

ε^{'}

的数值越大越有利于电磁吸收.在图5b中，四种复合材料的

ε^{″}

也有较大的差异.MoS₂/CoFe₂O₄复合材料的

ε^{″}

较小，约为0.3；MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料在2~18 GHz内复介电常数虚部稳定在1.2左右；而MoS₂/CoFe/C-0.468复合材料的

ε^{″}

ε^{″}

Preparation of flower-like CoFe₂O₄@graphene composites and their microwave absorbing properties

2018

... 图5a~c依次给出了MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C复合材料的相对复介电常数的实部

ε^{'}

、虚部

ε^{″}

和介电损耗角正切

t a n δ_{e}

.由图5a可见，MoS₂/CoFe/C-0.468和MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料的

ε^{'}

为4~6，而MoS₂/CoFe₂O₄和MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料的

ε^{'}

稳定在2~3.

ε^{'}

表征对入射电磁波能量的储存能力.在保证阻抗匹配的情况下，

ε^{'}

的数值越大越有利于电磁吸收.在图5b中，四种复合材料的

ε^{″}

也有较大的差异.MoS₂/CoFe₂O₄复合材料的

ε^{″}

较小，约为0.3；MoS₂/CoFe/C-0.234复合材料在2~18 GHz内复介电常数虚部稳定在1.2左右；而MoS₂/CoFe/C-0.468复合材料的

ε^{″}

ε^{″}

纳米Fe/石蜡复合材料的微波介电谱拟合及极化机制

2013

... 根据德拜理论，复介电常数实部(

ε^{'}

)和虚部(

ε^{″}

)满足^{[22, 23]} ...

纳米Fe/石蜡复合材料的微波介电谱拟合及极化机制

2013

... 根据德拜理论，复介电常数实部(

ε^{'}

)和虚部(

ε^{″}

)满足^{[22, 23]} ...

In situ growth of core-sheath heterostructural SiC nanowire arrays on carbon fibers and enhanced electromagnetic wave absorption performance

2017

... 根据德拜理论，复介电常数实部(

ε^{'}

)和虚部(

ε^{″}

)满足^{[22, 23]} ...

Preparation of honeycomb SnO₂ foams and configuration-dependent microwave absorption features

2015

... 时，在柯尔-柯尔图中会出现一个半圆，表明存在一种弛豫极化过程^[24].从图6可见，MoS₂/CoFe₂O₄复合材料的柯尔-柯尔图中的曲线完全无序，MoS₂/CoFe/C-0.234的曲线有多个不完整的半圆，而MoS₂/CoFe/C-0.468和MoS₂/CoFe/C-0.702复合材料有多个半径较大的半圆.这表明，这种材料中存在多种极化弛豫过程.根据物相推断，弛豫极化过程可能与MoS₂/C、MoS₂/CoFe和C/CoFe的界面极化有关.综上所述，这两方面的作用共同增强了MoS₂/CoFe/C复合材料的介电损耗. ...

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