DOI: 10.1038/s41598-021-81848-7

近期的研究表明，通过静电纺丝法制备的基于核壳结构金属纳米粒子和多孔碳纳米纤维（PCNF）的微波吸收材料具有优异的吸波性能。在这项研究中，通过自行开发的HEIBE工艺制备了核-壳结构的Co纳米颗粒（产率＞50g/h），并将其与多孔碳纤维结合使用，极大地提高了最终材料的吸收性能。Co/PCNF的形态学研究表明，CoNPs随机分散在多孔碳纳米纤维中，碳纳米纤维形成复杂的导电网络，从而提高了材料的介电损耗。同时，由于CoNPs与具有高电导率的碳材料结合，Co/PCNF的石墨化程度较低，介电常数显著提高。Co/PCNF在5.28GHz下的最大反射损耗（RL）达到-63.69dB，厚度为5.21mm，吸收带宽（RL≤-10.0dB）为12.92GHz。对于5.60mm和6.61mm的吸收体而言，在12.50GHz和14.10GHz附近出现了两个吸收峰，分别为-47.64dB和-48.30dB。本工作的研究结果为轻质高效微波吸收材料（MAM）的广泛应用奠定了基础。

图1.Co/PCNF的制备过程示意图。

图2.（a）STEM图像，（b）HRTEM图像，（c）CoNPs的XRD图谱，以及（d）Co/PCNF的XRD图谱。

图3.不同放大倍率SEM图像（a-c），（d）STEM图像，（e）Co/PCNF的HRTEM图像；（e1）孔周围碳的晶面和（e2）嵌入样品中的CoNPs颗粒的晶面；Co/PCNF某些区域中Co/PCNF的元素映射：（f）碳映射；（g）钴映射；（h）氧映射。

图4.（a）Co/PCNF的氮气吸附-解吸等温线，（b）孔径分布。

图5.Co/PCNF的拉曼光谱（a）；室温下CoNPs和Co/PCNF的磁滞回线（b）。

图6.Co/PCNF（S1）的（a）XPS全扫描光谱，（b）C1s，（c）O1s，（d）Co2p光谱。

图7.（a）复介电常数实部（ε'）和（b）虚部（ε''）的频率依赖性；（d）复磁导率的实部（µ'）和（e）虚部（µ''）；（c）CoNPs和Co/PCNF的介电损耗（tanδε）和（f）磁损耗（tanδµ）。

图8.Co/PCNF和CoNPs的（a）μ''（μ’）-2f-1值和（b）衰减常数（α）值与频率的关系。

图9.在2-18GHz的频率范围内，（a）CoNPs，（b）PCNF，以及具有不同厚度的（c）S1，（d）S2和（e）S3的反射损耗（RL）曲线。（f）在2.00-18.00GHz的频率范围内，Co/PCNF在“匹配厚度”（tm）下的RL值。

图10.主要微波衰减机制的示意图。（a）在电磁场下自由电子的跳跃和迁移；（b）CoNPs和PCNF界面处的界面极化；（c）EM传输路径。