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超交联二茂铁基掺杂多孔碳复合吸波剂及其吸波性能研究

摘要

传统吸波剂由于易腐蚀、密度高、吸波能力差等问题限制了其应用，高性能新型吸

波剂的研究与开发对解决电磁污染问题具有重要意义。碳材料由于其可调节的介电常数、

优异的化学稳定性以及良好的结构可设计性，作为微波吸收剂具有显著优势。本论文以

超交联茂金属聚合物为前驱体，通过热解、杂原子掺杂以及包覆碳纳米管等方式对其进

行改性和吸波功能化，制备出具有轻质、宽频、损耗强等综合性能的碳基复合吸波剂。

本论文以二茂铁、含氮化合物作为单体，在外交联剂的“编织”作用下，通过Friedel-

Crafts反应制备了含氮茂金属聚合物前驱体（HCP-FCs），将HCP-FCs热解得到铁-氮掺

杂多孔碳吸波剂（Fe-NPCs）。通过改变含氮化合物的种类和单体比例，考察孔隙结构和

铁/氮比对Fe-NPCs电磁参数及吸波性能的影响规律。结果表明，三聚氰胺为氮源时，Fe-

NPCs具有较高的介电常数与较强的损耗能力，随着二茂铁比例的增加吸波剂的吸波能力

先增加后降低。当二茂铁与三聚氰胺的摩尔比为2:1时，吸波剂Fe-NPC-M2在匹配厚度

为2.0mm时，最小反射损耗（RLmin）为-29.0dB，有效吸收带宽（EAB）为6.0GHz。

在氮掺杂的基础上引入硼元素，通过硼氮共掺杂策略调控多孔碳的介电特性。利用

硼酸浸泡处理含氮茂金属聚合物（HCP-FC-M），将其碳化制备硼氮共掺杂多孔碳吸波

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剂（B-NPCs）。通过调整硼酸浓度，探究硼元素的掺杂量对B-NPCs的电磁参数及吸波

性能的影响规律。结果表明，随着碳基体中硼掺杂量的增加，吸波剂的介电常数不断下

降，而对电磁波的损耗能力呈现出先增强后减弱的趋势。当硼酸的浓度为0.3mol/L时，

制备的B-NPC3样品具有优异的吸波性能，RLmin可达-75.2dB，EAB为6.16GHz。

为优化Fe-NPCs的密度及介电损耗，构建轻质化吸波剂，增强低频波段电磁波吸收

强度，以HCP-FCs为基础，将其包覆在氨基化多壁碳纳米管表面，得到超交联茂金属聚

合物@多壁碳纳米管（HCP@x%CNT），将HCP@x%CNT进一步热解得到多孔碳@碳纳

米管复合吸波剂（NPC@x%CNT）。考察碳纳米管含量对复合吸波剂的形貌结构、电磁参

数及吸波性能的影响规律。结果表明，吸波剂的介电常数随着碳纳米管含量的增加而增

大，吸波能力呈现出先增强后减弱的趋势。其中，吸波剂NPC@5%CNT在石蜡中填充量

为20wt%时，于低频6.88GHz处，RLmin可达到-55.4dB。本论文中改性多孔碳作为满足

轻质和低频要求的复合吸波剂具有一定的研究价值。

关键词：铁-氮掺杂多孔碳；硼氮共掺杂；低频吸收；碳纳米管；轻质化

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超交联二茂铁基掺杂多孔碳复合吸波剂及其吸波性能研究

Abstract

Traditionalabsorbersarelimitedintheirapplicationsduetoproblemssuchas

susceptibilitytocorrosion,highdensity,andpoorabsorptioncapacity.Therefore,researchand

developmentofhigh-performancenovelabsorbersareofgreatsignificanceforaddressing

electromagneticpollutionissues.Carbonmaterials,withtheiradjustabledielectricconstant,

excellentchemicalstability,andgoodstructuraldesignability,possesssignificantadvantages

asmicro