1、收稿日期：2022-06-17作者简介：李欣兴（1995-），男，毕业于合肥工业大学，硕士，研究方向：功能材料与器件，lixinxing 2019。Co3O4/Fe3O4/MXene 复合纳米结构的电磁波吸收性能调制李欣兴，魏 鑫（合肥工业大学 材料科学与工程学院，安徽 合肥 230009）摘 要：在 电 子 设 备 快 速 发 展 和 广 泛 使 用 的 今 日，电 磁 波 辐 射 日 益 严 重，影 响 了 电 子 设 备 的 正 常 运 行 及 人 类 的 身 体 健 康。为 了 解 决 这 个 问题，选 择 具 有 特 殊 层 状 结 构、高 导 电 率 和 介 电 损 耗 性 能 极
2、 佳 的 二 维 材 料 MXene 与 磁 性 铁 氧 体 复 合，通 过 改 进 的 两 步 法 水 热-溶 剂 热 法 制备 棒 状 Fe 3 O 4。为 了 进 一 步 提 高 铁 氧 体 的 磁 损 耗 性 能，采 用 高 温 液 相 还 原 法 将 Co 3 O 4 附 着 在 其 表 面，之 后 将 不 同 比 例 的 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 通 过 静电 自 组 装 的 方 式 与 MXene 复 合。经 过 电 磁 参 数 和 性 能 的 测 试 与 计 算，得 到 了 Co 3 O 4/Fe 3 O 4/MXene 复 合 材 料，当 其 中 的 Co 3 O
3、4/Fe 3 O 4 添 加 比例 为 25%时，在 14.9 GHz 频 段，有 着 最 高 的 RL 值，厚 度 为 8.5 mm，最 佳 RL 值 达 到-49 dB，EAB 为 1.1 GHz。磁 性 材 料 与 层 状 结 构 的MXene 复合，有望成为优异的吸波器的候选材料之一。关键词：二维材料；MXene；Fe 3 O 4；铁氧体；静电自组装doi：10.3969/j.issn.1008-553 X.2023.02.015中图分类号：TB 34 文献标识码：A 文章编号：1008-553 X（2023）02-0065-08安 徽 化 工ANHUI CHEMICAL INDUST
4、RYVol.49，No.2Apr.2023第 49 卷，第 2 期2023 年 4 月随 着 电 子 通 信 产 业 的 发 展，人 们 在 享 受 信 息 和 网 络便 利 的 同 时，大 量 无 线 通 信 设 备 发 射 的 电 磁 波 也 充 斥 了我 们 的 空 间，对 人 类 健 康 造 成 影 响，也 对 各 种 电 子 设 备带 来 电 磁 干 扰，对 民 用 和 军 用 通 讯 设 备 的 运 行 带 来 实 质性 的 影 响。为 了 解 决 电 磁 干 扰 和 电 磁 辐 射 带 来 的 种 种危 害，电 磁 波 吸 收 材 料 应 运 而 生 1-5，并 已 经 成 为
5、最 有 效的 电 磁 兼 容 解 决 方 法。针 对 吸 波 材 料 在 器 件 中 追 求 的“薄、轻、宽、强”等 特 性，相 关 研 究 已 经 做 了 大 量 的 工作 6-9。二 维 层 状 MXene 材 料 因 其 高 电 导 率 带 来 的 强 介 电性 能 10-11、丰 富 的 官 能 团、表 面 缺 陷、大 的 比 表 面 积 可 以使其 作为 介电 损耗 材料 12-13。近年 来在 吸波 领域 已经 有了 初 步 研 究，但 大 多 数 MXene 材 料 不 具 备 磁 性，导 致 其磁 损 耗 非 常 微 弱，过 高 的 介 电 性 能，也 不 利 于 阻 抗 匹
6、配，致 其 整 体 吸 波 性 能 不 能 令 人 满 意。铁 氧 体 在 低 频 时 有着 良 好 的 磁 损 耗 机 制。将 高 介 电 的 MXene 与 磁 性 铁 氧体 进 行 复 合，可 以 有 效 改 善 阻 抗 匹 配，并 增 强 吸 波 性能 14-15。Che 16的 小 组 将 Fe 3 O 4 磁 损 耗 材 料 引 入 介 电 损 耗MXene 中，有 助 于 阻 抗 匹 配 和 提 升 电 磁 衰 减 能 力，其 综合吸波性能得到了提高。1 实验部分1.1 实验原料和仪器Ti 3 AlC 2 MAX 粉 末，200 目，纯 度 98%，北 科 纳 米（中 国）；HF
7、（纯 度 40%）、FeCl 3 6H 2 O（AR）、CoCl 2 6H 2 O（AR）、CTAB、分 支 聚 乙 烯 亚 胺，国 药 集 团 化 学 试剂有限公司（中国上海）；去离子水，自制。傅 里 叶 红 外 光 谱 仪，Nicolet iS 5；X 射 线 衍 射 仪，Pa nalytical XPert Pro MPD；场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜，FE-SEM，Hitachi SU 8000；透 射 电 子 显 微 镜，JEM-2100 F；矢量网络分析仪，Keysight，PNA-X N 5244 A。1.2 MXene 的合成首 先 使 用 移 液 枪 量 取 40
8、mL 的 HF 溶 液，缓 慢 倒 入2 g Ti 3 AlC 2 MAX 粉 末，50 下 连 续 均 匀 搅 拌 24 h。再 用去 离 子 水 反 复 洗 涤 沉 淀 物 至 溶 液 中 性，将 得 到 的 产 物 置于 真 空 干 燥 箱 中 60 下 10 h 后 获 得 黑 色 沉 淀 Ti 3 C 2 TxMXene 粉末。1.3 Fe 3 O 4/Co 3 O 4 的合成通 过 两 步 法 合 成 Fe 3 O 4 纳 米 棒：首 先 通 过 水 热 反 应合 成-FeOOH，简 而 言 之，第 一 步：首 先 称 量 0.06 mL 的PEI 溶 解 于 30 mL 去 离
9、子 水 中，之 后 加 入 3 g FeCl 3 6H 2 O，在 25 下 磁 力 搅 拌 5 min 得 到 橘 红 色 透 明 溶 液。之 后 将 获 得 的 均 匀 混 合 物 转 移 到 内 衬 特 氟 隆 的 不 锈 钢高 压 釜 中，并 在 100 120 的 烘 箱 中 加 热 34 h，将反 应 后 的 产 物 通 过 离 心 收 集 起 来，用 乙 醇 和 去 离 子 水 洗涤 数 次，并 于 真 空 干 燥 箱 干 燥 8 h，得 到 淡 黄 色 的 沉 淀FeOOH；第 二 步：将 200 mg 的 FeOOH 分 散 在 30 mL 的 油胺 中，于 50 下 磁 力
10、 搅 拌 5 min，转 移 至 圆 底 烧 瓶 中，在通 以 恒 定 速 度 的 氮 气 气 氛 下，不 断 地 搅 拌 混 合 溶 液，使 反 应 能 够 充 分 进 行，且 整 个 反 应 保 持 在 220 下 进 行4 h。反 应 过 程 中 能 够 明 显 观 察 到 溶 液 由 黄 色 变 成 黑65总 第 242 期 2023 年 第 2 期（第 49 卷）安 徽 化 工色，反 应 至 最 后，溶 液 整 体 转 变 为 黑 色。将 反 应 后 的 产物 通 过 磁 分 离 收 集，用 环 己 烷 多 次 洗 涤 产 物，以 便 除 去多 余 的 配 位 胺 分 子。真 空 干
11、 燥 数 小 时 后 得 到 黑 色 的Fe 3 O 4。将 100 mg Fe 3 O 4 重 新 溶 解 分 散 在 20 mL 油 胺 中，加 热 至 60，随 后 向 其 加 入 0.51.5 mmol 的 CoCl 2 6H 2 O，并 将 混 合 溶 液 转 移 至 四 口 烧 瓶 中，稳 定 缓 慢 地 通入 氮 气，机 械 棒 保 持 搅 拌，在 180 还 原 性 氛 围 中 加 热 2h 左 右。反 应 完 成 后，用 磁 分 离 筛 选 出 磁 性 的 Co 3 O 4/Fe 3 O 4，将 多 余 的 溶 液 倒 掉，后 续 使 用 环 己 烷 多 次 离 心 洗涤，以
12、 便 除 去 多 余 的 油 胺 分 子。将 得 到 的 产 物 放 置 在 真空干燥箱中 50 干燥 8 h。1.4 Co 3 O 4/Fe 3 O 4/MXene 的合成称 取 不 同 重 量 的 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 25 mg、30 mg、35 mg共 三 份，将 之 分 别 浸 泡 在 含 有 CTAB 的 水 溶 液（浓 度 为5 mg/mL）中，然 后 超 声 约 2 h 左 右，以 确 保 CTAB 尽 可 能多 地 附 着 在 纳 米 棒 表 面。另 外 准 备 三 份 不 同 质 量 的MXene 水 溶 液，分 别 为 75 mg、70 mg、65 mg 的
13、 20 mL 水溶 液，将 浸 泡 2 h 的 样 品 取 出，分 别 置 于 三 个 不 同 的 离心 管 中，用 去 离 子 水 离 心 洗 涤，洗 去 多 余 的 CTAB 分 子，洗 涤 干 净 的 样 品 分 别 加 入 到 MXene 的 水 溶 液 中，然 后用 机 械 搅 拌 棒 不 停 搅 拌 24 h 左 右，使 MXene 都 能 均 匀地 附 着 有 纳 米 棒 材 料。完 成 复 合 的 样 品，通 过 磁 分 离 的方 法 筛 选 出 未 能 附 着 磁 性 纳 米 棒 的 MXene，将 所 得 最 终产 物 转 移 至 真 空 干 燥 箱 中 50 干 燥 10
14、 h 左 右。将 最 后制 备 的 样 品 分 别 命 名 为 Co-FO-M-25、Co-FO-M-30、Co-FO-M-35。1.5 样品表征使 用 傅 里 叶 红 外 光 谱 仪 和 具 有 Cu-K 辐 射（=1.54）的 X 射 线 衍 射 仪 通 过-2 扫 描 分 析 所 制 备 的Fe 3 O 4、Co 3 O 4 和 MXene 产 品 的 结 构。通 过 发 射 电 压 为30 kV 的 场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜 和 发 射 电 压 为 200 kV的 透 射 电 子 显 微 镜 观 察 纳 米 结 构 和 高 分 辨 率 棒 状 和 层状 界 面 的 形 态
15、。复 相 对 介 电 常 数 和 磁 导 率 使 用 矢 量 网络 分 析 仪 在 1 18 GHz 频 率 范 围 内 通 过 传 输/反 射 同轴 线 法 测 量，将 制 备 的 用 于 电 磁 特 性 测 量 的 产 品 与 重量 百 分 比 为 40%的 石 蜡 混 合 均 匀，并 通 过 外 径 7 mm、内 径 3.04 mm 的 环 形 模 具 压 制 成 环 形 样 品，厚 度 为 2mm。2 结果与讨论2.1 材料的结构和形貌表征图 1 Co 3 O 4/Fe 3 O 4、Co-FO-M-25、Co-FO-M-30、Co-FO-M-35 和 MXene 样品的 XRD 图谱由
16、 图 1（a）所 示，在 2=8.94、18.02、60.62 对 应 于MXene 的 典 型 特 征 峰（002）（004）（110）晶 面，2=30 50 之 间 的 峰 完 全 消 失 不 见，表 明 Ti-Al 键 消 失，即 Al 原子 被 消 耗 殆 尽，这 表 明 MXene 样 品 成 功 制 备；在 图 1（b）中，可 以 看 出，Co 3 O 4/Fe 3 O 4 和 纯 Fe 3 O 4 纳 米 棒 的 峰 形 位 置是 一 样 的，分 别 在 2=30.14、35.5、43.04、53.5、57、62.58 对 应 于 尖 晶 石 结 构 的（220）（311）（40
17、0）（422）（511）和（440）这 六 个 衍 射 峰，Co 3 O 4/Fe 3 O 4 的 XRD 图 谱 中也 没 有 出 现 其 他 多 余 的 峰，表 明 制 备 过 程 中 没 有 产 生 新的 氧 化 物；Co-FO-M-25、Co-FO-M-30、Co-FO-M-35这 三 种 不 同 含 量 的 Co 掺 杂 的 铁 氧 体 与 MXene 的 复 合物，可 以 很 容 易 地 观 察 到 其 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 和 MXene 的 主峰，表明其复合物的成功制备。图 2 Co 3 O 4/Fe 3 O 4，Co-FO-M-35 和 Fe 3 O 4 样品的
18、红外光谱图ba66FTIR 实 验 结 果 表 明，三 个 样 品 均 观 察 到 位 于 574cm-1、1 624 cm-1和 3 300 3 600 cm-1处 的 吸 收 峰，其 中574 cm-1对 应 Fe 3 O 4 的 Fe-O 17，而 1 624 cm-1和 3 300 3 600 cm-1对 应 于 空 气 和 样 品 表 面 吸 收 的 H 2 O 中 H-O 的振 动 峰。由 于 Ti 3 C 2 T x MXene 的 吸 水 性，Co-Fe 3 O 4/Ti 3 C 2 T x中 1 624 cm-1和 3 300 3 600 cm-1处 的 H-O 峰 明 显
19、增强。Ti 3 C 2 T x MXene 中 Ti-O 吸 收 峰 位 于 657 cm-1。另 外，Co 3 O 4/Fe 3 O 4/Ti 3 C 2 T x 位 于 1 624 cm-1附 近 处 的 峰 出 现 蓝移，这 一 宽 泛 的 峰 实 际 上 包 含 了 Ti 3 C 2 T x MXene 的 C=O（1 648 cm-1）18-19。在 574 657 cm-1之 间 存 在 其 他 M-O 20、OMO 和 MOM 的峰（M 可能为 Fe、Co 或 Ti），见图 2。图 3（a）Co 3 O 4/Fe 3 O 4 纳米棒的 SEM 图；（b）元素分布及原子比例图；（c
20、）EDS 能谱图图 3（a）为 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 纳 米 棒 的 SEM 图。使 用 EDS分 析，检 测 到 了 材 料 中 的 Co、Fe、O 元 素，比 例 大 约 为60 35 2，可 见 在 Fe 3 O 4 表 面 原 位 生 成 了 Co 3 O 4。虽 然 制备 过 程 中，将 Co 离 子 的 摩 尔 浓 度 设 置 得 相 对 较 高，但 合成 比 例 却 非 常 低。我 们 分 析，在 油 胺 体 系 中，铁 氧 体 的分 散 性 较 小，不 能 充 分 与 Co 离 子 接 触；另 外，Co 离 子 半径 尺 寸 和 电 荷 密 度 仅 略 小 于 F
21、e 离 子，导 致 离 子 交 换 比例受限，因此最终合成量较小。图 4 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 纳米棒的 TEM 图李欣兴，等：Co 3 O 4/Fe 3 O 4/MXene 复合纳米结构的电磁波吸收性能调制67总 第 242 期 2023 年 第 2 期（第 49 卷）安 徽 化 工从 图 4（b）中 看 出，钴 铁 氧 体 纳 米 棒 是 由 一 个 个 小的 纳 米 颗 粒 堆 叠 而 成，Co 离 子 在 铁 氧 体 表 面 原 位 生 成Co 3 O 4 颗粒而附着表面，不会改变 Fe 3 O 4 纳米棒的形貌。图 5 中 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 纳 米 棒
22、 在 MXene 表 面 的 分 布 并不 均 匀，而 且 在 MXene 材 料 以 外 出 现 了 游 离 的 团 聚Co 3 O 4/Fe 3 O 4 纳 米 棒，这 归 因 于 磁 性 纳 米 材 料 的 强 磁 偶 极相 互 作 用。所 有 的 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 纳 米 棒 尺 度 都 维 持 在150 nm 左 右，其 所 依 附 的 MXene 基 体 尺 寸 在 5 10 m左 右，静 电 结 合 的 方 式 使 两 种 复 合 材 料 的 自 身 形 貌 结 构都 较 完 好 地 保 存 了 下 来。这 种 复 合 结 构 引 入 了 新 的 界面，可 以
23、增 加 其 极 化 反 应，并 且 由 于 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 纳 米 棒在 MXene 表 面 形 成 微 电 容 器 结 构，可 以 进 一 步 增 强 复合材料的电磁损耗能力。2.2 材料的电磁参数及性能分析图 5（ab）Co 3 O 4/Fe 3 O 4 纳米棒和 MXene 复合材料的 SEM 图图 6（ab）Co 3 O 4/Fe 3 O 4、Co-FO-M-25、Co-FO-M-30、Co-FO-M-35 和 MXene 样品在频率 1 18 GHz 时的复介电常数的实部 和虚部；（cd）为局部放大图68从 图 6（a）中 看 出，纯 Co 3 O 4/Fe 3
24、O 4 材 料 在 整 个 频 段 其 一 直 保 持 在 4 左 右，几 乎 与 频 率 的 波 动 无 任 何 关 系，同 样，图 6（d）中 其 值 也 基 本 保 持 在 0.1 左 右，这 正 说明 纯 的 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 材 料 基 本 不 具 备 介 电 损 耗 能 力。纯MXene 样 品 的 实 部 和 虚 部 值 表 现 出 了 最 高 的 数 值，分 别 为 31 和 22.6，表 明 其 本 身 具 有 非 常 高 的 介 电 损 耗能 力。随 着 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 添 加 量 的 逐 步 增 多，其 样 品 的 实部 和 虚 部
25、值 呈 现 出 明 显 的 降 低 趋 势，并 且 在 高 频 区出 现 了 非 线 性 波 动。这 种 介 电 特 性 的 变 化，与 MXene本 身 的 表 面 缺 陷 和-OH，-F 等 官 能 团 以 及 无 定 形 碳 存在 有 关，且 后 续 添 加 的 磁 性 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 与 MXene 形 成 了异 质 结 构，导 致 了 更 多 的 极 化 行 为，当 然 这 都 有 利 于 材料 性 能 的 提 升。根 据 图 6（d）复 合 材 料 的 虚 部 变 化 趋势 结 果，我 们 推 测，当 虚 部 下 降 幅 度 相 对 于 纯 MXene过 大 了
26、，可 能 会 导 致 复 合 样 品 在 高 频 区 域 想 要 达 到 较 好的电磁波吸收强度，其厚度要求会更厚。图 7（ab）Co 3 O 4/Fe 3 O 4、Co-FO-M-25、Co-FO-M-30、Co-FO-M-35 以及 MXene 样品在频率 1 18 GHz，样品复磁导率实部 和虚部 的变化趋势Co 3 O 4/Fe 3 O 4 材 料 为 磁 性 材 料，在 图 7（a）和（b）中 看出 其 拥 有 最 高 的 复 磁 导 率 实 部 和 虚 部 值，分 别 为1.34 和 0.26，具 体 表 现 为 在 1 8 GHz 时，从 1.4 迅 速下 降 到 1 左 右，在
27、 8 18 GHz 时，其 值 基 本 保 持 在 1 左 右附 近 波 动，而 值 在 1 5 GHz 时 迅 速 上 升，而 后 在 5 18 GHz 逐 步 下 降，直 至 接 近 0 为 止。由 于 snoke 极 限 的存 在，其 能 发 挥 的 磁 损 耗 能 力 较 为 有 限，较 低 的 值 也表 明 其 磁 损 耗 能 力 在 高 频 难 以 发 挥 作 用。不 同 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 质 量 分 数 的 复 合 样 品 复 磁 导 率 实 部 和 虚 部 值有 着 相 似 的 变 化，都 是 随 着 频 率 的 增 加，和 值 波 动式 地 缓 慢 下 降，
28、且 复 合 样 品 的 磁 导 率 数 值 都 比 较 接 近，保持较低的水准，复合样品的磁损耗能力更低。图 8 Co 3 O 4/Fe 3 O 4、Co-FO-M-25、Co-FO-M-30、Co-FO-M-35 以及 MXene 样品在频率 1 18 GHz 的（a）介电损耗角正切值（tan=/）和（b）磁损耗角正切值（tan=/）李欣兴，等：Co 3 O 4/Fe 3 O 4/MXene 复合纳米结构的电磁波吸收性能调制69总 第 242 期 2023 年 第 2 期（第 49 卷）安 徽 化 工图 8（a）中，纯 MXene 材 料 表 现 出 了 最 高 的 tan 值，为 0.7，
29、由 此 可 以 看 出，单 一 的 MXene 有 着 相 当 优 异 的 介电 损 耗 性 能，在 12 GHz 以 后，出 现 了 多 个 弛 豫 峰，MX ene 的 极 化 行 为 绝 大 程 度 上 决 定 了 电 磁 波 的 吸 收 能 力，极 化 行 为 的 出 现 与 材 料 本 身 的 表 面 缺 陷 及 官 能 团 的 数量 有 关；图 8（b）直 接 表 明 纯 的 MXene 几 乎 不 具 备 磁 损耗 能 力，极 低 的 tan 值（0.05 以 下），反 映 了 这 一 事 实，这也 是 我 们 选 择 磁 性 材 料 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 与 之
30、复 合 的 原 因 之一。纯 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 材 料 在 118 GHz 内 的 tan 值 非 常低，基 本 接 近 于 0，可 以 完 全 忽 略 介 电 损 耗 能 力，tan 值在 所 有 样 品 之 中 确 实 表 现 出 了 最 高 值，在 1 6 GHz 时 快速 上 升，最 高 达 到 了 0.24，在 6 GHz 以 后，数 值 逐 渐 下 降直 至 接 近 0。这 样 的 数 值 和 变 化 趋 势，很 难 说 明 其 在GHz 波 段 的 磁 损 耗 机 制 在 发 挥 作 用，最 终 纯 的 棒 状Co 3 O 4/Fe 3 O 4 材 料 不 会
31、有 太 好 的 吸 波 性 能，但 我 们 将 其 数值 的 波 动 归 功 于 材 料 磁 损 耗 机 制 中 自 然 共 振 的 主 导 作用。不 同 质 量 分 数 的 复 合 材 料，tan 和 tan 值 大 致 呈 现类 似 变 化，相 对 于 其 单 独 的 材 料 来 说 都 有 所 增 加，但 并没 有 达 到 令 人 满 意 的 数 值。所 有 的 复 合 样 品 在 高 频 时的 波 动 主 要 分 为 极 化 现 象 以 及 棒 状 材 料 和 MXene 形 成的微电容器结构，导致极化弛豫峰的出现。图 9（a）MXene（b）Co 3 O 4/Fe 3 O 4（c）C
32、o-FO-M-25（d）Co-FO-M-30（e）Co-FO-M-35 样品在整个频段下不同厚度的阻抗匹配众 所 周 知，性 能 优 异 的 吸 波 材 料 离 不 开 阻 抗 匹 配 程度。我 们 用 归 一 化 特 性 阻 抗 来 表 示（Z=|Z in/Z 0|），Z值 越 接 近 1，说 明 其 阻 抗 匹 配 程 度 越 高，越 有 利 于 电 磁波 进 入 材 料 内 部。纯 MXene 的 阻 抗 匹 配 在 所 有 厚 度 及频 段 下 表 现 出 了 不 太 理 想 的 阻 抗 匹 配，如 图 9（a）所 示，绝 大 部 分 区 域 都 处 在 0.8 以 下，即 使 再 高
33、 的 介 电 损 耗 能力，不 理 想 的 阻 抗 匹 配，也 不 会 表 现 出 优 异 的 吸 波 性 能；纯 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 阻 抗 匹 配 也 较 差，本 身 的 磁 损 耗 能 力 和 介电 损 耗 能 力 也 不 高，这 就 注 定 其 不 会 有 好 的 吸 波 性 能；不 同 质 量 分 数 的 复 合 材 料 其 阻 抗 匹 配 特 性 也 并 没 有 达到 最 为 理 想 的 状 态，Co-FO-M-25 和 Co-FO-M-35 阻 抗匹 配 如 图 9（c）和（e）所 示，出 现 了 三 个 波 峰，意 味 着 在 三个 频 段 出 现 了 理 想
34、的 匹 配 情 况；Co-FO-M-30 材 料 出 现了 两 个 完 整 的 峰 形，在 高 频 区 域 其 数 值 也 在 向 1 逐 渐 靠近，出 现 理 想 阻 抗 匹 配 也 会 有 三 个 区 域。复 合 材 料 的 阻抗 匹 配 出 现 三 段 理 想 匹 配 区 域，说 明 我 们 制 备 的 复 合 材料 出 现 了 三 种 不 同 的 结 构，在 各 自 发 挥 着 吸 波 作 用。结合 SEM 图，我 们 分 析，材 料 复 合 过 程 中，有 部 分 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 纳 米 棒 因 强 磁 偶 极 相 互 作 用 团 聚 在 一 块，并 没 能顺 利
35、 附 着 在 MXene 表 面，导 致 了 整 体 材 料 结 构 不 均 匀，必 然 导 致 性 能 的 不 均 匀。Co 3 O 4/Fe 3 O 4 材 料 磁 性 能 本 就优 于 Fe 3 O 4，静 电 自 组 装 复 合 方 法 需 要 更 多 地 考 虑 纳 米棒 材 料 的 分 散 性 问 题，以 期 在 今 后 能 够 制 备 出 性 能 优 异的吸波材料。70对 比 图 10（ae），纯 的 MXene 和 纯 的 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 材料 表 现 出 了 较 差 的 吸 波 性 能，尤 其 是 Co 3 O 4/Fe 3 O 4 材 料，即 使 我 们
36、 将 材 料 的 厚 度 调 整 到 了 10 mm，其 吸 收 峰 强 度仍 旧 没 法 达 到-10 dB，只 靠 材 料 的 磁 损 耗 机 制 难 以 在GHz 发 挥 出 作 用，这 也 验 证 了 我 们 前 面 的 分 析 与 推 测。纯 的 MXene 材 料 在 17.8 GHz 时，厚 度 为 1.3 mm，吸 收 峰强 度 达 到 了-15.4 dB，此 时 的 有 效 吸 收 带 宽（EAB）为 4GHz。对 于 不 同 质 量 分 数 的 复 合 材 料，在 其 底 部 投 影 区域 可 以 看 到 三 道 不 同 强 度 的 吸 收 峰，应 对 了 上 述 的 阻
37、抗匹 配 图，其 RL 值 随 着 厚 度 的 增 加 都 向 高 频 移 动。Co-FO-M-25 材 料 有 着 最 高 的 RL 值，在 14.9 GHz 时，厚 度为 8.5 mm，RL 值 达 到 了-49 dB，EAB 为 1.1 GHz；Co-FO-M-30 则 在 16 GHz，厚 度 为 7.2 mm，其 最 大 EAB 为2.8 GHz。复 合 材 料 的 吸 收 峰 强 度 相 较 于 单 一 的 材 料 显著 增 加，厚 度 普 遍 较 厚，显 然 是 受 到 了 材 料 性 能 不 均 匀的 直 接 影 响。今 后 材 料 的 均 匀 分 散 依 然 是 需 要 我
38、们 去攻 克 的 难 题，希 望 我 们 的 实 验 能 够 为 接 下 来 吸 波 材 料 的复合制备提供一点启发。3 结论综 上 所 述，我 们 通 过 两 步 法 制 备 了 Fe 3 O 4 纳 米 棒，并在 此 基 础 上 采 取 高 温 液 相 还 原 法 将 Co 3 O 4 附 着 在 其 表面，最 后 通 过 静 电 自 组 装 的 方 法 将 Fe 3 O 4/Co 3 O 4 和 MXene成 功 结 合 在 一 起，并 调 节 Fe 3 O 4/Co 3 O 4 的 添 加 量 为 25%时，Co 3 O 4/Fe 3 O 4/MXene 复 合 材 料 在 14.9
39、GHz 频 段，厚 度为 8.5 mm，最 佳 RL 值 能 够 达 到-49 dB，EAB 为 1.1GHz。参 考 文 献 1 Green M，Liu Z，Xiang P，et al.Ferric metal-organic framework formicrowave absorptionJ.Materials Today Chemistry，2018（9）:140-148.2 Green M，Tian L，Peng X，et al.FeP Nanoparticles:a new materialfor microwave absorptionJ.Materials Chemistry
40、Frontiers，2018，2（6）.3 Green M，Tian L，Xiang P，et al.Co 2 P nanoparticles for microwaveabsorptionJ.Materials Today Nano，2018（1）:1-7.4 Zhao B，Zhao W，Shao G，et al.Morphology-control synthesis of acore-shell structured NiCu alloy with tunable electromagnetic-wave absorption capabilitiesJ.Acs Appl Mater I
41、nterfaces，2015，7（23）:12951-12960.5 Tian L，Yan X，Xu J L，et al.Effect of hydrogenation on the micro wave absorption properties of BaTiO 3 nanoparticlesJ.Journal ofMaterials Chemistry A，2015：3.6 刘 顺 华，郭 辉 进.电 磁 屏 蔽 与 吸 波 材 料 J.功 能 材 料 与 器 件 学 报，2002（3）:213-217.7 Wang Z，Cheng Z，Fang C，et al.Recent advan
42、ces in MXenes com posites for electromagnetic interference shielding and microwaveabsorptionJ.Composites Part A Applied Science and Manufac turing，2020，136:105956.8 WG A，LA Jing，BQ B，et al.Achieving MOF-derived one-dimen sional porous ZnO/C nanofiber with lightweight and enhanced mi crowave response
43、 by an electrospinning methodJ.Journal of Al loys and Compounds，2019，806:983-991.9 Deng R，Chen B，Li H，et al.MXene/Co 3 O 4 composite material:sta ble synthesis and its enhanced broadband microwave absorptionJ.Applied Surface Ence，2019.10 Msc A，Yzc A，Peng H A，et al.2 D MXenes:Electromagneticproperty
44、for microwave absorption and electromagnetic interfer ence shieldingJ.Chemical Engineering Journal，2019，359:1265-1302.图 10 Co 3 O 4/Fe 3 O 4、Co-FO-M-25、Co-FO-M-30、Co-FO-M-35 以及 MXene 样品在整个频段下不同厚度的 RL 图李欣兴，等：Co 3 O 4/Fe 3 O 4/MXene 复合纳米结构的电磁波吸收性能调制71总 第 242 期 2023 年 第 2 期（第 49 卷）安 徽 化 工 11 Feng W，Luo
45、 H，Yu W，et al.Ti 3 C 2 MXene:a promising micro wave absorbing materialJ.RSC Advances，2018，8（5）:2398-2403.12 Li X，Yin X，Xu H，et al.Ultralight MXene-coated，interconnect ed SiCnws 3D lamellar foams for efficient microwave absorption inthe X-bandJ.Acs Applied Materials&Interfaces，2018:acsa mi.8b 13658.1
46、3 Liu P，Yao Z，Ng V，et al.Facile synthesis of ultrasmall Fe 3 O 4nanoparticles on MXenes for high microwave absorption perfor manceJ.Composites Part A Applied Science&Manufacturing，2018.14 Liu P，Yao Z，Ng V，et al.Novel multilayer-like structure ofTi 3 C 2 T x/CNZF composites for low-frequency electrom
47、agnetic ab sorptionJ.Materials Letters，2019，248（AUG.1）:214-217.15 Li Y，Zhou X，Jing W，et al.Facile preparation of in situ coatedTi 3 C 2 T x/Ni 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4 composites and their electromagnetic perfor manceJ.RSC Advances，2017：7.16 Xiang Zhang，Hehe Wang，Rui Hu，Chenyang Huang，WengjinZhong，Limei
48、Pan，Yongbao Feng，Tai Qiu，Chuanfang（John）Zhang，Jian Yang.Novel solvothermal preparation and enhancedmicrowave absorption properties of Ti 3 C 2 T x MXene modified by insitu coated Fe 3 O 4 nanoparticlesJ.Applied Surface Science，2019：484.17 Shao B，Liu Z，Zeng G，et al.Synthesis of 2D/2D CoAl-LDHs/Ti 3 C
49、 2 T x Schottk y-junction with enhanced interfacial charge trans fer and visible-light photocatalytic performanceJ.Applied Catal ysis B:Environmental，2021，286:119867.18 Ren S，Feng R，Cheng S，et al.Synergistic catalytic accelerationof MXene/MWCNTs as decorating materials for ultrasensitive de tection
50、of morphineJ.Electroanalysis，2021.19 Aaa A，Mn A，Zaa A，et al.Excellent adsorptive performance of anew nanocomposite for removal of toxic Pb（II）from aqueous envi ronment:Adsorption mechanism and modeling analysis-Science DirectJ.Journal of Hazardous Materials，389.20 At A，Res A，Dy A，et al.Excellent ant
