兰州理工大学杜雪岩教授、丑亚杰同学《金刚石及相关材料》：

CoFe₂O₄/类拱形碳片复合材料的制备及其高性能微波吸收性能研究

【研究背景】

电子信息技术、无线通信和人工智能的爆炸性增长不可避免地加剧了电磁辐射污染，引发了人们对精密电子设备、环境系统和人类健康中电磁干扰问题的日益关注。因此，开发轻质、薄型、宽带和高效电磁波吸收材料已成为材料科学的研究重点。近年来，生物质衍生碳已成为传统碳材料的可持续替代品。得益于生物质资源的丰富性和可再生性，通过热解或碳化可轻松将这些前驱体转化为碳框架，其本身保留了层级多孔结构、多样的表面官能团以及源自生物结构的内在杂原子掺杂。生物质衍生碳主要表现出介电损耗，磁损耗可忽略不计，导致阻抗失配和有限的微波吸收性能。为克服这一限制，大量研究致力于将生物质衍生碳与磁性金属或铁氧体结合，以实现介电损耗和磁损耗的协同作用。

【研究亮点】

采用高粱秸秆制备了具有类拱形结构的碳薄片（QCF），将CoFe₂O₄纳米颗粒通过可控水热法沉积到碳片上，制备出CoFe₂O₄/QCF复合材料。在190℃下制备的复合材料显示出优异的电磁波衰减性能，在2.32 mm的厚度下实现最小反射损耗为-56.96 dB，有效吸收带宽为5.76 GHz。

【制备流程】

将高粱秸秆用去离子水彻底清洗、干燥、去皮并切成小段。将预处理后的样品置于真空管式炉中，在持续氩气流下进行热解。温度以5℃/min的受控升温速率升至600℃，并保持3小时。冷却至室温后，将得到的高粱秸秆衍生碳研磨成细粉，储存备用。精确称取1 mmol CoCl₂·6H₂O和2 mmol FeCl₃·6H₂O，在室温磁力搅拌下溶解于60 mL乙二醇中。随后，加入20 mmol NaOH。完全溶解后，加入0.1 g QCF粉末，并通过超声处理使其均匀分散。将所得混合物转移至100 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，分别在160、170、180、190和200℃下进行水热处理8小时。自然冷却至室温后，收集沉淀物，用去离子水和乙醇反复洗涤、离心并干燥，得到CoFe₂O₄/QCF复合材料。

制备流程图

【结论】

本研究以废弃高粱秸秆为可持续碳源，成功制备了CoFe₂O₄/QCF复合材料。QCF的准拱形结构在增强多重反射与散射以及界面极化方面展现出结构优势。CoFe₂O₄的引入带来了磁损耗机制，与秸秆衍生碳本征的介电损耗相结合，有效平衡了电磁参数并改善了阻抗匹配。通过调控水热温度，可有效调节CoFe₂O₄组分的粒径、结晶度及磁性能，从而优化复合材料的介电‑磁协同效应。在190℃下合成的CoFe₂O₄/QCF，在2.32 mm厚度下实现了‑56.96 dB的最小反射损耗和5.76 GHz的有效吸收带宽。这些优异的吸波性能源于磁损耗与介电损耗的协同贡献、改善的阻抗匹配以及秸秆衍生碳基体独特的层级结构。总体而言，本研究表明废弃生物质碳是一种用于设计轻质高效微波吸收材料的前景广阔、环境友好的原料。未来工作应聚焦于合理的结构设计与多功能集成，以进一步推动生物质衍生电磁功能材料的发展。

【论文链接】

https://doi.org/10.1016/j.diamond.2026.113547