多孔羰基铁/SiO2/聚吡咯核壳结构复合材料的制备及电磁特性

谢明达 田晓霞＊,,2 屈绍波＊, 程花蕾

（1空军工程大学，西安 710051）

（2武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081）

（3宝鸡文理学院化学化工系，宝鸡 721013）

0 引 言

吸波材料是指能吸收、衰减入射的电磁波能量，并将其电磁能转换成热能耗散掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料，在电磁辐射防护和军事隐身等方面都有着重要的应用[1-2]。羰基铁（carbonyl iron powder，CIP）是一种较传统的磁性金属吸波材料，主要通过磁损耗对电磁波进行吸收，因具有高的磁导率、低毒、低成本等优势被广泛应用。然而，传统的CIP吸波材料存在密度大、易被腐蚀、阻抗不匹配造成的吸收频带窄、吸波强度不大等一些缺点，无法满足现代吸波材料“薄、宽、轻、强”的要求。为提高CIP的电磁吸收性能，目前研究中[3-26]对CIP的改性方法主要有制备工艺改进、表面贵金属沉积、与其它不同损耗类型材料形成复合材料等。最新研究进展[6-14]表明，CIP与电阻损耗型或介电损耗型吸波材料复合，形成具有双重电磁波损耗机制的复合材料，通过调节其微波电磁参数，更易于获得性能优良的吸波材料，对改善其电磁吸收性能效果较为显著。文献报道合成了如：SiO2/CIP[6-10]，MnO2/CIP[11-12]，ZnO/CIP[13-14]，BaTiO3/CIP[15-16]，CoFe2O4/CIP[17-18]，ZnFe2O4-SiO2/CIP[19]，聚苯胺/CIP[20-22]，聚吡咯/CIP[23]，碳纳米管/CIP[24-25]等复合吸波材料，虽然改性体系比纯CIP在电磁吸收频带、吸收强度和材料抗氧化性等方面都有不同程度的改善[14]，但还存在获得材料的面密度大、整体电磁吸收性能仍不理想等不足[17]。

多孔结构的超细粉末与相应的实心粉末相比较，具有更大的比表面积、较小的密度以及特殊的力学、光、电、磁等物理化学性质而表现出极大的应用前景。近年来，具有多孔结构的超细磁性粉末的制备和应用成为吸波材料研究中的一个热点。赵廷凯[24]采用点蚀法处理羟基铁粉，制备出具有空心结构的羟基铁粉，并与碳纳米管复合，制备出碳纳米管包覆的空心羟基铁粉，而研究工作只是讨论了其磁性能的变化，并没有涉及其吸波性能。Yin[26]采用FeCl3乙二醇溶液点腐蚀的方法制备了空心CIP，研究表明在2～18 GHz范围，当涂层厚度为0.5 mm时，空心CIP的电磁损耗小于-3 dB的带宽为7.0 GHz（11.0～18.0 GHz），空心化后其吸波性能得以提高。导电高分子与无机雷达吸波材料相比，具有可分子设计、结构多样化、电磁参数可调、易复合加工等优点，其中聚吡咯（polypyrrole，PPy）属于电阻损耗型吸波材料，主要依靠介质的界面极化及多重散射来吸收电磁波，是极有价值的轻质微波吸收和屏蔽材料。如果将多孔羰基铁（porous-CIP）与PPy复合，利用不同类型煤质的复合实现对不同频率电磁波的吸收，可以达到吸波材料强吸收和宽频段的统一[27]，则拟可得到吸收强、质轻、频带宽的吸波材料，目前未曾有这方面的报道。

本文首先对CIP进行点腐蚀得到多孔羰基铁（porous-CIP），进一步采用 Stöber法在 porous-CIP 表面包覆SiO2纳米过渡层，最后采用原位聚合法将包覆SiO2过渡层的porous-CIP与导电高分子PPy相复合，制备磁电复合的多孔羰基铁/SiO2/聚吡咯核壳结构吸波材料（porous-CIP/SiO2/PPy），通过控制 PPy的添加量，调控样品电磁参数和吸波性能，以期得到一种轻质、宽频、强吸收的高性能吸波材料。

1 实验部分

1.1 试 剂

CIP（陕西兴化公司羰基铁粉厂）；氢氧化钠（NaOH）、盐酸（HCl）、正硅酸乙酯（TEOS）、氨水（NH3·H2O）、丙酮（CH3COCH3），无水乙醇（C2H5OH）、过硫酸铵（NH4）2S2O8），三氯化铁（FeCl3·6H2O），以上试剂均为分析纯，天津化学试剂有限公司；吡咯（C4H5N，Py），纯度不低于99%，使用前经蒸馏纯化，上海国药集团化学试剂有限公司；去离子水为实验室艾科制水机自制。

1.2 样品制备与实验方法

1.2.1 CIP的预处理

取一定量的CIP粉先用丙酮除去表面的油脂，然后用无水乙醇洗涤3次后，放入真空烘箱中于60℃烘干。

1.2.2 porous-CIP及porous-CIP/SiO2样品的制备

将22.4 g CIP粉加入200 mL无水乙醇，超声30 min， 再加入 100 mL，0.25 mol·L-1的 FeCl3溶液和 2 mL，0.1 mol·L-1的稀 HCl，继续超声，在此过程用样品袋包裹的磁铁吸纳不断上浮于上层的悬浮物并收集。收集物依次用去离子水、无水乙醇分别洗涤3遍，60℃真空干燥24 h，得到porous-CIP粉体，记为C0。

采用Stöber法在C0样品表面包覆一层SiO2过渡层。将200 mL无水乙醇、12 g空心CIP粉，2 mL氨水、4 mL 正硅酸乙酯（TEOS）乙醇溶液（0.1 mol·L-1）和 40 mL水乙醇溶液（20%（V/V）依次加到三口烧瓶中，N2气保护，连续电动搅拌反应2 h，静置12 h，采用磁吸洗涤方式收集固体。收集的固体用去离子水洗涤3遍，无水乙醇洗涤3遍，60℃真空干燥24 h，得到porous-CIP/SiO2样品，记为C1。

1.2.3 PPy及porous-CIP/SiO2/PPy样品的制备

按物质的量之比为 1∶1.2称取吡咯单体（Py）与氧化剂FeCl3·6H2O，将一定量Py放入三口瓶中，通N2保护，将三口瓶放入冰浴中机械搅拌，逐滴加入FeCl3溶液（0.25 mol·L-1），反应 3 h，抽滤，洗涤，将其放入真空干燥箱，60℃干燥24 h，经研磨便可得到导电PPy。

按照1∶200的质量比，将一定量C1样品加入去离子水中，搅拌2 h至分散均匀，将一定量的Py和FeCl3溶液（0.25 mol·L-1）加入上述混合溶液中，得到吡咯质量分数为 2%、4%、6%、8%（wpy/wCIP/SiO2）的样品，并分别记为 C2，C4，C6，C8。 继续搅拌 1 h，取与 Py质量比为1∶50的过硫酸铵加入去离子水中，搅拌0.5 h至完全溶解，再加入上述混合溶液中，反应6 h；将得到的沉淀物采用磁吸洗涤方式，依次用去离子水、无水乙醇分别洗涤3遍，60℃真空干燥，得到不同Py含量的porous-CIP/SiO2/PPy复合粉体。为了比较点腐蚀后羰基铁多孔化对复合材料吸波性能影响，选择porous-CIP样品中性能最佳的C6样品，使用CIP替换porous-CIP，按照相同的初始原料配比关系及复合材料合成工艺，制备CIP/SiO2/PPy样品，样品记为C6-1。

1.3 测试与表征

粉体的物相结构使用MiniFlex600型X射线衍射仪（XRD）表征， 旋转电极、Cu靶 Kα 辐射 （波长0.154 056 nm），扫描速度 8°·min-1，管电压 45 kV，管电流 40 mA，采样步长 0.02°，2θ=15°～80°；使用日本电子株式会社的JSM-5900扫描电子显微镜（SEM）、美国FEI公司Quanta F250型场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察复合粉体的形貌、包覆及分散情况，扫描电压为20 kV。使用仪器自带的能谱仪（EDS）对复合粉体表面微区元素成分进行分析，扫描电压为30 kV，在扫描观察前，对样品进行喷金处理。利用日本HITACHI公司生产H-8100型透射电镜进行样品结构表征，用吸管从反应后溶液中取出少量溶液，保存在小试管中，表征时将溶液滴在铜网上，电镜下观察粒子包覆的形貌、分散性。使用美国Nicolet公司生产的60SXB傅立叶红外光谱仪（FT-IR）对试样进行红外测试分析，使用广州半导体材料研究所的SDY-5型双电测四探针测试仪测试样品电导率。样品磁参数的测量使用Lakeshore7404型振动样品磁强计 （VSM）测试系统测得静态磁滞回线而获得饱和磁化强度Ms及矫顽力Hc，步长为0.2。样品的电磁参数采用同轴法在矢量网络分析仪 （美国安捷伦公司，Agilent-N5242A）中进行测试。将样品粉体与固体石蜡按照质量比为2∶3均匀混合，在专用模具中压制成外径7.00 mm、内径3.04 mm、不同厚度的同轴试样，测试其复介电常数和复磁导率，仪器基本精度为±0.8%，测试频率范围为2～18 GHz。

2 结果与讨论

2.1 样品的相结构

图1 样品的 XRD 图:（A）CIP;（B）porous-CIP/SiO2/PPy和 CIP/SiO2/PPyFig.1 XRD patterns of （A）CIP,（B）porous-CIP/SiO2/PPy and CIP/SiO2/PPy

图1 是样品的XRD图，其中图1A是CIP的XRD 图，图1B 中（a～e）分别对应样品 C0，C1，C4，C6，C8的XRD图。从图1A中可以看出，在2θ=44.6°和65°处有2个明显的衍射峰，峰位与标准卡片（PDF No.06-0696）相吻合，可知CIP为立方相α-Fe，分别对应于 α-Fe 的（110）、（200）晶面。 从图1B 中 a 曲线可看出多孔化后的C0样品XRD衍射峰强度明显比CIP减弱，并且基线不是很平滑，这可能是由于多孔结构测试时出现的噪音造成的。图1B中b曲线是表面包覆SiO2的porous-CIP的XRD图，在图中没有明显显示出SiO2的特征衍射峰，表明包覆的SiO2为非晶结构；与曲线a相比较，可以观察到b曲线中（110）、（200）晶面衍射峰变得宽化，这是由于包覆了非晶结构的SiO2造成晶面的宽化[6]。由图1B中（c～e）曲线可知，相比较样品 C0、C1曲线，c、d、e 曲线在2θ=22°处明显存在弥散峰，峰位与PPy特征衍射峰相相吻合[13]；且随着Py含量的增加，3条曲线中2θ=22°处的弥散峰强度增大，2θ=44.6°，65°处 2 个衍射峰进一步宽化、强度变弱，与porous-CIP/SiO2包覆了非晶化的PPy有一定关系，且在整个图中没有发现杂质的特征峰。由实验结果及分析表明，porous-CIP/SiO2表面包覆了PPy，形成porous-CIP/SiO2/PPy复合材料。

2.2 样品的微观形貌

图2分别给出了样品 CIP、C1、C6的 SEM 和TEM照片。图2A表明CIP有很好的球状形貌，粒子团聚严重，由扫描电镜自带标尺可以统计平均粒径为1 μm；图2B表明在CIP表面包覆有SiO2薄壳层，形成的CIP/SiO2粒子分散性较好，同时从其原位放大图2C中可以看出，通过点腐蚀的CIP，表面有许多点状小孔。当电磁波达到材料表面时，通过这种结构进入材料更深层，电磁波在传输过程中经过多次反射、散射等损耗作用，从而获得优良的吸波性能；从图2D中可以看到样品清晰的核壳结构；样品C6中PPy包覆于porous-CIP/SiO2的外层，呈纳米片状结构（图2E），且呈明显的核壳结构，外层的PPy呈纳米薄片状（图2F）。

为了更清楚的表明porous-CIP表面包覆SiO2过渡层及与PPy复合形成了porous-CIP/SiO2/PPy复合材料，对样品表面进行了元素分析（EDS），如图3所示。图3A的EDS元素分析图表明CIP几乎只含有Fe元素；图3B为样品C1的EDS元素分析图，从图中可以看出，样品C1除含有Fe元素外，还含有Si、O元素；图3C的EDS元素分析图表明包覆PPy形成的复合材料C2中除含有Fe、Si、O元素外，还有C、N元素。以上结果与样品XRD、FTIR分析结果一致，表明通过原位聚合法成功制得了porous-CIP/SiO2/PPy复合材料。

2.3 样品红外光谱测试及合成机理

图2 （A）CIP SEM 照片;C1样品的（B,C）SEM 和（D）TEM 照片;C6样品的（E）SEM 和（F）TEM 照片Fig.2 （A）SEM image of CIP;（B,C）SEM and（D）TEM images of C1;（E）SEM and（F）TEM images of C6

图3 CIP （A）,C1（B）,C2（C）样品的 EDS 元素分析图Fig.3 EDS spectra taken from CIP （A）,C1 （B）and C2 （C）samples

图4 是porous-CIP/SiO2/PPy复合材料的红外吸收光谱图（FT-IR）。图谱中位于3 350 cm-1处较强峰属于PPy的N-H伸缩振动吸收峰；1 545、1 626 cm-1附近的吸收峰为PPy环的特征峰，归属于PPy环中C-C或C-H的对称伸缩振动和非对称伸缩振动峰；1 375 cm-1处的吸收峰对应于PPy的C-N伸缩振动峰[23]。1 020、1 026 cm-1的吸收峰归属于Si-O的伸缩振动峰；630、750 cm-1处对应于 Fe-O键振动峰或SiO的弯曲振动吸收峰[8-10,23]；随吡咯含量增加，1 375、1 545、1 626、3 350 cm-1处峰信号较强，porous-CIP或porous-CIP/SiO2含量较多时，630 cm-1处峰信号较强，这一变化规律与XRD显示结果相一致。

porous-CIP/SiO2/PPy核壳结构复合材料形成过程可以图5表示。经过表面油污处理的CIP，在FeCl3溶液中发生反应，Fe+2Fe3+=3Fe2+，及Fe+2H+=Fe2++H2。CIP表面发生点腐蚀形成小空洞，使得CIP多孔化，形成porous-CIP，材料密度减小。正硅酸乙酯TEOS在碱性条件下发生水解、缩合反应，会在porous-CIP表面形成一薄层SiO2过渡层，通过真空干燥，得到porous-CIP/SiO2。文献研究表明[6,8]，在CIP表面包覆SiO2过渡层，既解决了CIP的易团聚、耐腐蚀性差的问题，同时调节样品的电磁参数，使得样品的阻抗匹配特性加强，优化其吸波性能。在引发剂过硫酸铵和FeCl3催化剂的作用下，高分子PPy通过原位聚合，会逐渐包裹在porous-CIP/SiO2表面，形成核壳结构的porous-CIP/SiO2/PPy复合材料，与SEM、TEM表征结果相一致。

图4 C1,C2,C4,C6,C8和PPy的红外光谱图Fig.4 FT-IR spectra of C1,C2,C4,C6,C8and PPy

图5 porous-CIP/SiO2/PPy形成过程示意图Fig.5 Formation process of porous-CIP/SiO2/PPy composites

2.4 样品的导电性

图6 为 C1，C2，C4，C6，C8样品的电导率图。 从图中可以看出，随着加入吡咯含量的增多，样品的电导率先增大后减小。根据测定得到纯PPy的电导率（γ）为1.6 S·cm-1。当Py加入量较少时，得到样品的电导率小于纯PPy的电导率。这是由于复合材料中SiO2过渡层是电绝缘体，而聚合成的PPy含量比较少，不能对porous-CIP/SiO2实现全部包覆，有许多游离的电绝缘porous-CIP/SiO2存在，阻碍了电荷的传导；而当聚合成的导电高分子PPy含量较高时，则porous-CIP/SiO2粒子电绝缘相镶嵌在PPy导电相中，许多的导电高分子PPy纳米片容易在涂层中形成导电网络，增加复合材料的导电性。根据逾渗理论[27-28]，当电绝缘porous-CIP/SiO2相和高分子PPy导电相处于上述2种情况之间的临界状态，即逾渗阈值（percolation threshold）附近时，则 2种电荷传导机制协同作用[23,27-30]，使复合物的电导性达到最大值。在所研究样品体系中，当Py加入量为6%时，得到样品C6的电导率达到最大值2.1 S·cm-1，6%就是该体系的逾渗阈值。

图6 样品C1,C2,C4,C6和C8的电导率Fig.6 Conductivity of C1,C2,C4,C6and C8

2.5 样品的磁性能

图7 样品CIP,C0,C1,C2,C4,C6和C8的磁滞回线Fig.7 Hysterisis loop pattems of CIP,C0,C1,C2,C4,C6 and C8

图8 样品CIP,C0,C2,C4,C6和C8的Ms和Hc随Py加入量的变化Fig.8 Msand Hcof CIP,C0,C2,C4,C6and C8with different amounts of Py

图7 为样品 CIP，C0，C1，C2，C4，C6，C8由 VSM 测得的静态磁滞回线，图8为样品对应的静态磁性参数。从图7可以看出，所有样品静态磁滞回线形状相同，说明都呈现很好的铁磁性。从图8可以看出，porous-CIP、porous-CIP/SiO2及 porous-CIP/SiO2/PPy复合材料样品的矫顽力Hc与CIP相比较基本一致，说明点腐蚀、包覆纳米SiO2过渡层及PPy均未改变样品的矫顽力。从图8也可以看出，porous-CIP与CIP相比较饱和磁化强度Ms略有降低，这是因为经过点腐蚀，磁性物质有少许损失；包覆了纳米SiO2层的porous-CIP/SiO2饱和磁化强度Ms略有增大，合成的porous-CIP/SiO2/PPy复合材料样品的饱和磁化强度Ms，随着样品中聚合反应成的PPy含量增加呈下降趋势，但不是单调下降，呈现一定起伏性。这是因为包覆的SiO2和PPy为非磁性介质，一方面对porous-CIP的磁性有一定稀释作用[27-28]，使得样品的饱和磁化强度Ms降低；另一方面，薄而光滑的纳米壳层提高粒子分散性和表面对称性，减小了由于团聚和表面磁结构变化产生的磁各向异性，样品的饱和磁化强度增大，矫顽力和剩余磁化强度减 小[6,27-28]。同时纳米层较大的表面积增强了磁性颗粒间的交换相互作用效应，使自发转动磁化容易进行，从而具有好的软磁性能。随着纳米壳进一步增大，磁性核体积比减小，单位体积的原子磁矩的数目减小，导致饱和磁化强度Ms减小。

2.5 样品的电磁参数

图9 分别是 CIP、PPy、C0、C1、C2、C4、C6和 C8样品的电磁参数，包括复介电常数以及复磁导率的实部与虚部（复介电常数实部ε′、负介电常数虚部ε″、复磁导率实部 μ′、复磁导率虚部 μ″）。 由图9（a，b）可知，与CIP相比较，PPy具有更高的ε′和ε″，说明PPy对电磁波主要存在电损耗，且在12～14 GHz之间出现较强的谐振峰，该谐振峰与PPy的自然共振有关，这也是导电性良好的材料常具有的吸波机制[20-22]。 随着聚合物中 PPy 含量增大，样品 C2，C4，C6，C8复合材料电导变强，导致了高的介电常数虚部，增大了材料对电磁波的损耗，从而增强了材料的吸波性能；同时，C0样品的介电常数虚部ε″比CIP也略微增大，这是因为当电磁波到达其表面后，电磁波可以在空腔内多次发射与吸收，材料内部电子发生极化，大大增加对电磁波的损耗；由图9（c，d）可知，CIP的复磁导率的实部和虚部值都较大，而PPy的复磁导率的实部和虚部值接近于0，说明复合材料对电磁波的损耗作用中，电阻损耗机制主要是由PPy引起，磁损耗主要是由CIP引起，二者的协同作用使复合材料具有良好的微波吸收能力；图9（d）表明包覆了SiO2过渡层的porous-CIP形成的C1样品，复合磁导率的减小幅度相对较小，随着频率的增加呈下降趋势。说明SiO2涂层对porous-CIP的微波吸收能力并没有太大的影响[6,8-9]。

图9 CIP、PPy 及 porous-CIP/SiO2/PPy 复合材料的电磁参数:介电常数实部 （a）和虚部 （b）;磁导率实部 （c）和虚部 （d）Fig.9 Frequency dependence electromagnetic parameters of CIP,PPy and porous-CIP/SiO2/PPy composite:（a）real and （b）imaginary part of relative complex permittivity;（c）real and （d）imaginary part of relative complex permeability

2.6 样品的吸波性能

根据电磁波传输线理论，当频率为f的均匀平面电磁波垂直射入表面涂覆单层吸波材料的导体表面时，材料对电磁波的功率反射率R为：R=中：Z为样品的有效阻抗，μ为材料的复磁导率，ε为材料的复介电常数，j为虚部符号；c为真空中的光速；f为电磁波的频率；d为涂层厚度。将测量所得的电磁参数值代入上述公式，通过计算得到样品随频率变化的损耗反射率曲线，表征其吸波性能。

图10是样品随频率变化的吸波性能损耗反射率曲线。由图10a可知,当涂层厚度分别为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 mm 时 ， 样 品 C0损 耗 反 射 率 在15.31～17.48 GHz范围内均在-5 dB以下，且在16.06 GHz处出现峰值为-14.80 dB。从图10b图中可以看出，纯PPy的吸收峰表现为3个较弱的吸收为材料的输入阻抗，Z0为空气的本征波阻抗峰，且主要为低频区，最强峰出现在9.82 GHz频率处；相比较图10（a，b）样品反射率曲线，图10（c～f）样品损耗反射率出现了峰的叠加。从图10c可以看出，涂层厚度为 1.0～3.5 mm 时，C2样品在 2～18GHz范围内有3个吸收峰，其中在低频段7.70 GHz和高频段15.38 GHz处出现峰值。相比较纯的PPy，复合材料的损耗强度大大增强，而相比较于CIP，其吸收强度虽然减弱，但有效吸收频段在2～18 GHz范围内却明显大大增宽。这正说明通过磁损耗型CIP与电阻损耗型PPy吸波材料复合形成具有双重电磁波损耗机制的吸波材料，可以获得宽频段、强吸收的材料。从图10d可以看出，C4样品在低频段3.6～9.2 GHz和高频段13.04～17.58 GHz范围内出现2个明显吸收峰，峰值出现在7.70和15.36 GHz处，且高频范围内测得的损耗反射率均低于-2.5 dB；图10e表明不同厚度的C6样品在低频3.2～5.8 GHz范围内均有吸收峰，且损耗反射率在5.17 GHz处出现峰值为-5 dB，在9.44～17.56 GHz频率范围内反射率均低于-10 dB；特别是当涂层厚度为3.5 mm，带宽为8.12 GHz，且在13.63 GHz处出现峰值为-23 dB。图10f显示不同厚度的C8样品低频范围内的吸收峰出现在3.6～10.52 GHz范围内，向高频方向移动；高频区的吸收峰，在12.86～17.11 GHz范围内损耗反射率均低于-10 dB，带宽为4.25 GHz，峰值在15.05 GHz处损耗达到-27.86 dB。通过以上实验结果分析，依据吸波材料电磁有效损耗强度和工作带宽可知，C6样品在涂层厚度为3.5 mm时，吸波性能达到最优。从图10g可以看出，与图10e样品C6相比较，吸收峰波形基本相同；当涂层厚度为3.5 mm，样品C6-1峰值在高频16.94 GHz处损耗达到 -34.87 dB，其最大损耗强度比样品C6的损耗强度大（峰值为-23 dB），但其有效吸波频段位于 15.57～17.62 GHz范围，频带宽度仅为2.05 GHz。通过实验研究，依据“薄、宽、轻、强”的要求综合考察吸波材料的性能，可以发现porous-CIP/SiO2/PPy复合材料具有比CIP/SiO2/PPy复合材料更优异的吸波性能。

图10 样品（a）C0,（b）PPy,（c）C2,（d）C4,（e）C6,（f）C8和（g）C6-1在 1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5 mm 厚度下的吸波性能Fig.10 Microwave absorbing characteristics of（a）C0,（b）PPy,（c）C2,（d）C4,（e）C6,（f）C8and （g）C6-1at the thickness of 1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5 mm

从上述测试结果可以看出，porous-CIP/SiO2/PPy复合材料的微波电磁吸收性能在吸收强度和吸收频带宽度都显著优于单纯CIP和PPy。一方面因为porous-CIPCIP/SiO2/PPy复合材料具有独特的核壳结构，在界面存在多重界面极化效应，当电磁波到达其表面后，电磁波可以在空腔内多次反射、材料内部电子发生多次极化，增加对电磁波的损耗；加之表面涂有SiO2过渡层的porous-CIP，在复合材料基体中能起到骨架作用，提高吸波材料在基体中的分散性。另一方面，porous-CIP/SiO2/PPy复合材料表面的导电高分子PPy纳米片，容易在涂层中形成导电网络，当电磁波到达吸波涂层时，PPy纳米片起到导电网络的作用，无数的导电网使电磁波能量感应成耗散电流能量，从而实现对电磁波能量的吸收。另外，从测试结果也可看出，复合材料随反应中吡咯加入量由2%上升到8%的过程中，吸波频段范围不断加宽，相对于纯CIP和纯PPy，复合材料的吸波频段位于二者之间，证明二者单体形成了一种复合材料，而不是简单的机械混合。当吡咯加入量为6%时，porous-CIP/SiO2/PPy复合材料的吸波性能可能正处于porous-CIP/SiO2的磁损耗与PPy的电阻损耗协同作用的逾渗阈值附近，加之核壳结构多重界面极化效应和材料有效阻抗的匹配，使其吸波效果达到最优化，表现出优异的吸波性能；当吡咯加入量增加到8%时，其最大反射损失到达-27.86 dB，但频段带宽由8.12 GHz降到4.25 GHz，这可能是由于PPy含量超过一定值时，复合材料的磁性损耗恶化造成的。因此，当复合材料中PPy存在适合的比例时，材料的多重界面极化效应和有效阻抗匹配特性使其吸波效果达到最优化。

3 结 论

采用原位腐蚀法制备porous-CIP，以减小复合材料的密度；采用Stöber法在CIP表面包覆一层纳米SiO2过渡层，克服CIP易团聚、易氧化、腐蚀性差的缺点；采用原位聚合法合成porous-CIP/SiO2/PPy吸波材料，得到的复合材料具有核壳结构。实验研究结果表明，将包覆SiO2过渡层的porous-CIP采用原位聚合法与导电高分子PPy磁电复合，通过不同材料损耗机制的协同作用，实现阻抗匹配，加之复合物特殊的核壳结构可以产生电磁波的多重界面极化效应，从而实现材料良好的吸波性能。相比较纯的CIP，随着反应中吡咯加入量不断增加，复合材料吸收峰逐渐向低频方向移动，吸波频段不断增宽，当吸波材料厚度为3.5 mm、反应中吡咯加入量为6%时，损耗反射率小于-10 dB频段带宽达8.12 GHz，损耗反射率最大峰值为-23 dB，表明多孔羰基铁/SiO2/聚吡咯是一种轻质、宽频、强吸收的吸波材料。

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