活性炭載二硫化鉬復(fù)合材料吸收微波

　　在尋找新型高性能微波吸收劑的過程中，二硫化鉬已顯示出作為微波吸收材料的前景，但其阻抗匹配差限制了其應(yīng)用。活性炭存在的豐富孔隙促進(jìn)了入射微波的多次反射和散射，在本文中，我們合成了活性炭載二硫化鉬復(fù)合材料，并測試了其微波吸收性能。

　　活性炭載鉬材料的合成

　　正如我們小組先前報(bào)道的那樣，基于農(nóng)業(yè)廢物的活性炭通過簡便的碳化方法合成，然后使用KOH進(jìn)行活化。活性炭載二硫化鉬復(fù)合材料是通過水熱法制備的。鉬酸鈉和l-半胱氨酸溶解在30ml的去離子水中。在去離子水中的活性炭超聲處理1小時(shí)后，將兩種溶液混合，然后攪拌2小時(shí)以形成均勻的溶液。二氧化鉬與活性炭的比率保持在1:0.5。通過向溶液中加入HCl將pH值降低到大約2。80毫升鉬酸鈉溶液，l-半胱氨酸，然后將活性炭轉(zhuǎn)移到特氟龍襯里的不銹鋼高壓釜(100毫升)中，并在180℃下加熱24小時(shí)。然后使用離心機(jī)用去離子水和乙醇洗滌制備的沉淀物直至達(dá)到中性pH。然后將洗滌過的樣品在烘箱中在100℃下干燥過夜。將所得的復(fù)合物被命名為載鉬活性炭，制備的說明在圖1顯示。

　　圖1：活性炭載二硫化鉬復(fù)合材料的制備示意圖。

　　微波吸收測量

　　為了研究微波吸收特性，將載鉬活性炭粉末和石蠟混合并在100℃下加熱。然后使用模具將混合物壓成環(huán)形。蠟中載鉬活性炭的重量百分比是變化的，并測試了10%、20%、30%、40%和50%。因此，樣品被命名為炭10、炭20、炭30、炭40和炭50，其中數(shù)字代表石蠟中載鉬活性炭的負(fù)載重量百分比。

　　形態(tài)和結(jié)構(gòu)分析

　　圖2(a-d)中顯示的FESEM圖像描繪了二硫化鉬顆粒在活性炭上的分布。由于活化過程在活性炭結(jié)構(gòu)中形成的空隙和孔作為二硫化鉬納米顆粒的成核位點(diǎn)，因此納米顆粒在孔內(nèi)也是可見的圖2(c、d)。大多數(shù)納米粒子在60到80nm的范圍內(nèi)。TEM圖像清楚地描繪了活性炭(圖2e)以及納米尺寸的二硫化鉬顆粒的形成(圖2f)。

　　圖2：(a-d)FESEM圖像，(e,f)TEM圖像，(g)HRTEM圖像和(h)載鉬活性炭的SAED圖案。

　　微波吸收特性

　　為了研究的吸收的微波吸收特性，這兩個(gè)重要參數(shù)，即εr和μr從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀獲得。由于二硫化鉬和活性炭都是非磁性材料，因此μr的值取為1。εr由兩部分組成：介電常數(shù)的實(shí)部代表能量的儲存，而虛部的介電常數(shù)介電常數(shù)表示能量耗散。所有樣品的ε值隨著頻率的增加呈下降趨勢，波動較小，如圖3a所示。炭10、炭20、炭30、炭40和炭50的ε值分別在2.69-2.57、3.95-3.49、5.19-4.54、7.58-6.33和11.68-9.08的范圍內(nèi)。ε的值隨著石蠟中載鉬活性炭濃度的增加而增加，根據(jù)有效介質(zhì)理論，并且石蠟中載鉬活性炭的增加導(dǎo)致界面極化的增加。石蠟基質(zhì)內(nèi)的多個(gè)界面由活性炭的多孔結(jié)構(gòu)和二硫化鉬產(chǎn)生納米粒子，放大界面極化。因此，隨著填料二硫化鉬負(fù)載的增加，ε的值將明顯增加。

　　圖3：(a)載鉬活性炭-石蠟復(fù)合材料的相對復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部和虛部，填充量從10%到50%不等。

　　與ε類似，圖3b中描繪的ε值也顯示出隨著填料(載鉬活性炭)負(fù)載增加而增加的趨勢。這可以歸因于活性炭含量的增加，這增加了樣品的電導(dǎo)率。增加碳含量會降低吸收劑的電阻率，從而增加ε值。當(dāng)載鉬活性炭負(fù)載增加到10wt%以上時(shí)，在復(fù)介電常數(shù)中獲得了幾個(gè)弛豫峰。由于活性炭的加入導(dǎo)致電導(dǎo)率的增加導(dǎo)致額外電子的遷移，然后這些電子通過與晶格碰撞來轉(zhuǎn)換電磁能量，導(dǎo)致高傳導(dǎo)損耗。它還改進(jìn)了阻抗匹配并減少了微波的表面反射，從而允許更多的微波進(jìn)入吸收器。其次，石蠟中活性炭和二硫化鉬的結(jié)合導(dǎo)致了多個(gè)界面，從而增加了界面極化。第三，由于活性炭中存在的孔和缺陷導(dǎo)致的不對稱電荷分布導(dǎo)致偶極子的形成。在交變電磁場下，這些偶極子旋轉(zhuǎn)以與電磁場對齊，從而將電磁能轉(zhuǎn)化為熱量。因此，可以得出結(jié)論，活性炭載二硫化鉬具有用于微波吸收應(yīng)用的潛力。

　　活性炭的加入在提高鉬復(fù)合材料的微波吸收性能，并且發(fā)揮了關(guān)鍵作用。二硫化鉬之間的協(xié)同作用是納米顆粒和活性炭導(dǎo)致高阻抗匹配、多次反射和改進(jìn)的衰減常數(shù)值，這有助于增強(qiáng)載鉬活性炭的微波吸收特性。這些結(jié)果表明，載鉬活性炭是一種用于實(shí)際應(yīng)用的有前途的介電雙波段微波吸收劑。

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