羰基鐵粉作為微波吸收材料的研究進展

覃仁馳，孟凡彬

羰基鐵粉作為微波吸收材料的研究進展

覃仁馳，孟凡彬

（西南交通大學 材料科學與工程學院，成都 610031）

介電損耗低、吸收帶寬較窄、密度高等缺點制約著羰基鐵粉（Carbonyl Iron Powder，CIP）在吸波領域中的應用。在CIP材料的基礎上，使用不同的改性方法，開發“輕、寬、強、薄”的CIP微波吸收材料，實現對微波的高效吸收。綜述近年來羰基鐵粉作為吸波材料的研究現狀，介紹和分析不同改性方法，如形貌改性、涂覆改性、復合改性等對羰基鐵復合材料吸波性能的影響。CIP作為微波吸收材料，可以通過不同改性方法來改善缺點，制備的復合材料更符合當下社會對吸波材料的需求，與傳統CIP材料相比，CIP復合材料作為微波吸收劑，具有更大的潛力。

微波干擾；羰基鐵粉；微波吸收材料；改性

近年來，隨著隱身技術、通信技術和電子電氣設備等技術的高速發展，人們對這些技術帶來的微波干擾和污染也越來越重視。微波干擾會造成嚴重的電磁危害，它不僅能干擾儀器的正常運行，中斷儀器的信號接收，甚至導致儀器損壞，同時也會嚴重危害人體健康，比如微波輻射可能破壞人體神經系統，或者導致癌癥[1-5]。微波干擾是人類目前迫切需要解決的問題，因此開發新型高效吸收電磁輻射的材料顯得格外重要。

微波吸收材料，不僅可以有效解決微波干擾和污染問題，而且在軍事裝備的隱身技術領域有著重要地位。高效的吸波材料能夠幫助軍事設備擺脫雷達的探測，以達到軍事設備隱身的效果。在眾多微波吸收材料中，羰基鐵粉是比較具有代表性的。羰基鐵粉（CIP）憑借其高磁導率、低成本[6]以及洋蔥頭層狀結構，一直是吸波領域重點研究的材料。作為軟磁材料，CIP吸波能力強和較小的磁滯損耗也是它作為吸波材料的優勢。但是CIP的劣勢也很明顯，低介電損耗和狹窄的吸收帶寬不能滿足日益增長的吸波性能需求，同時作為軟磁材料，還具有密度高和阻抗不匹配等固有缺點[7-9]，不能達到現代吸波材料“超薄，輕質，帶寬，強吸收”的要求[10]，故單一的羰基鐵材料并不能滿足當代隱身技術和日常發展中的應用需求。因此，需要對羰基鐵粉進行改性以提升它的吸波性能。本文對吸波機理，羰基鐵粉的改性研究工作展開系統綜述，并對該領域以后的研究工作進行展望。

1 吸波機理

當電磁波到達吸波材料表面后，一部分會被反射，一部分進行透射，還有一部分會被損耗機制吸收并轉化為其他形式的能量[11]。電磁波在吸波材料上的反射分為表面反射和多次反射，其中，多次反射能增加電磁波在材料內部反射的次數，使電磁波與材料的分子和電子產生更多的相互作用[12]，使電磁波盡可能轉換為熱能，進而被吸波材料吸收，以達到設備隱身和電磁波能量損失的效果。因此，通過改變吸波材料的形貌結構實現更高頻率的多次反射，是提升材料吸波能力的有效辦法。在設計吸波材料時，研究人員更希望電磁波通過多次反射從而被材料吸收，為了達到這個目的，設計的吸波材料都需要滿足阻抗匹配和能量損耗2個特性。

阻抗匹配指電磁波傳輸到材料表面后，因吸波材料的阻抗和自由空間的阻抗相等，所以幾乎不會有電磁波反射回源點，電磁波在材料內部進行多次反射，進而轉換為其他形式的能量被材料吸收。若兩者阻抗不一致，將會有部分電磁波在材料表面進行反射，從而使材料吸波效率下降。

能量損耗主要包括介電損耗和磁損耗，指吸收損失減少電磁波的能量[13]，通過特定方法，可以測量出相應電磁參數以評估材料的吸收性能，即復磁導率（=?j）和復介電常數（=?j），其中和分別為磁場能量和電場能量的存儲量，和分別為能量耗散能力[14-15]。當和增大時，吸波材料對電磁波的吸收隨之增大。介電損耗正切和磁損耗正切表示材料的介電損耗和磁損耗能力的大小，分別由tan()＝″/′和tan()＝″/′表示[16-17]。

綜上所述，研制吸波能力強的材料需要綜合考慮材料的形貌、阻抗匹配和能量損耗特性，以實現更好的電磁波吸收。

2 羰基鐵粉基微波吸收材料研究進展

2.1 羰基鐵粉的制備

羰基鐵粉是廣泛運用于微波吸收中的一種材料，尺寸在微米級到納米級之間，目前羰基鐵粉的制備方法有2種：高壓氣相合成法和中壓氣相合成法。高壓氣相合成法是目前最為成熟的羰基鐵粉的合成方法。首先將富含鐵原料的球磨成粉狀，再在氫氣氣氛下進行還原，然后在高溫高壓下與一氧化碳進行反應，得到五羰基鐵液體，純化去除其中的雜質后，再對純五羰基鐵進行熱分解，得到球形鐵核，碳吸附在球形鐵核表面，逐漸生長為洋蔥頭層狀結構的羰基鐵。中壓氣相合成法是目前生產羰基鐵粉的重點研究的方法，其成本更低、生產條件更簡單、更易規?；a。羰基鐵粉粒徑小且均勻、分散性好、活性高，能夠應用在粉末冶金、醫藥、微波吸收等領域。

2.2 羰基鐵粉的形貌優化

材料的微觀結構對材料的性能影響很大。大多數研究中使用的羰基鐵粉顆粒都為球形，但是其趨膚深度一般只有1～2 μm，僅只有羰基鐵粉平均粒徑的四分之一[18-19]，粒徑大于其趨膚深度，交變電磁場很難穿透表面到達材料內部，不利于材料對于微波的吸收。在Yin等[18]的研究中也提到，材料顆粒的各向異性會導致自然共振的增加，提升材料的復磁導率。因此，通過調節材料的微觀結構，如粒徑、形貌結構、長徑比、各向異性等都會明顯影響材料的吸波性能[18]。

在高頻區域，吸波材料磁導率的實部會發生突然下滑的現象，虛部出現共振，這便是snoek極限。常見的羰基鐵粉有球形和片狀2種形態，但球形羰基鐵粉的snoek極限過低，難以滿足“超薄、輕質、帶寬、強吸收”的要求[10]，而具有各向異性的片狀結構的羰基鐵粉，能夠具有更高的snoek極限，能夠具備更高的磁導率和共振頻率，能夠在更高頻區域進行微波吸收[20]，表現出更優異的吸波能力。因此，片形羰基鐵粉趨膚效應小，能夠在更高頻區域進行微波吸收，更滿足當代對微波吸收材料的需求。

Yin等[21]通過簡便的高能球磨法對球狀羰基鐵粉進行處理并檢測。進行球磨后的羰基鐵粉由球狀結構轉變為了片狀結構，如圖1所示。經研究發現，片狀羰基鐵粉的磁導率明顯增加，這是因為片狀的羰基鐵粉具有外部平面各向異性，可以顯著提高其吸波性能，并能夠在更低頻率區域表現出更好的吸波性能。

Wang等[22]通過對球形羰基鐵粉的熱處理和隨后的濕磨，成功制得了片狀羰基鐵粉。熱處理后的羰基鐵粉初始粒徑較大，能夠提升隨后濕磨中的晶粒取向度，從而形成長徑比更大的片狀羰基鐵粉，提升材料的吸波能力，特別在低頻區域，能夠表現出更優秀的吸波性能。Wang等[23]研究得出，熱處理會導致晶粒粒徑增加，但應變減少，球磨反而導致粒徑減小，但是會使應變增加。Wang等[23]通過對熱處理溫度和銑削時間的控制，成功在晶粒粒徑和應變之間尋求到平衡，此方法不僅能夠有效制備低頻高性能吸波材料，也為誘導微粒顆粒的紋理提供了新的思路。

圖1 不同結構的CIP的SEM形貌

2.3 羰基鐵粉的涂層改性

一般而言，在材料基體表面上涂覆一層合適的材料能夠改善其物化性能，如其抗氧化能力、熱穩定性、磁性能等[24]。在此思路上，可通過對羰基鐵粉進行涂層以提升其電磁波吸收能力，以及在特定環境下的穩定性和耐腐蝕性等。大多數涂層在羰基鐵粉磁芯上會形成殼狀結構[25]，具有低密度、高比表面積、更大孔隙等優勢。能夠有效降低吸收密度、調節介電常數和提高阻抗匹配的效果[26]，此結構能表現出較優異的吸波能力[27]。

涂層材料一般分為2種：金屬涂層和電介質涂層。涂覆金屬的復合材料能夠表現出高性能的微波吸收，但是容易被氧化和腐蝕，涂覆電介質的復合材料表現出低密度和強介電損耗特性，還能夠保護羰基鐵粉磁芯免受污染和腐蝕[25]。

在眾多涂層材料中，不得不提到的是二氧化硅，它憑借良好的隔離性、易于控制涂層工藝、保護性強、成本低等優點備受關注[28]。在Wang等[28]在對二氧化硅涂覆于羰基鐵粉表面的研究工作中，他們成功合成了二氧化硅涂覆羰基鐵粉的復合材料（CIP@SiO2），并用L–賴氨酸代替傳統的NH3?H2O作為新的反應催化劑。L–賴氨酸是一種有效的催化劑，可以促進二氧化硅顆粒的形成、排列和均勻化[29-30]。如圖2所示，涂覆了二氧化硅后，羰基鐵粉表面上存在略微粗糙的殼，它們的形成是羰基鐵粉表面張力存在的結果[31]。比較涂覆前后吸波能力可以發現，涂覆后羰基鐵粉的吸波能力遠強于涂覆前羰基鐵粉的吸波能力，且有效吸收帶寬也有明顯提升，隨著二氧化硅涂層厚度的提升，總體吸波能力趨勢表現為先增強再減弱，涂覆層越厚，其在低頻電磁波領域吸收能力加強。

圖2 CIP和CIP@SiO2的SEM圖和電磁吸收性能

Zhou等[32]對二氧化硅涂覆羰基鐵粉的研究中表明，涂覆了二氧化硅后，可以使復合材料的復介電常數下降，能夠達到合適的阻抗匹配。涂覆后的材料能夠吸收較寬的帶寬主要是因為二氧化硅改善了復合材料的阻抗匹配[24]。同時涂覆二氧化硅能夠在一定程度上防止羰基鐵粉氧化和被腐蝕，并能提升復合材料的耐高溫性[33]。

除了二氧化硅，PVDF和氧化鋅等介電材料也常被用作涂覆材料。Joseph等[34]研究表明，將PVDF涂覆在羰基鐵粉上，能增強材料的介電和磁損耗機制，從而提升電磁波吸收能力[35]。Zhou等[36]研究了利用氧化鋅涂覆羰基鐵粉（CIP@ ZnO），指出氧化鋅黏附羰基鐵粉后，在其表面的極化電荷與界面極化效應形成了介電損耗。這些介電損耗與羰基鐵粉的磁損耗構成了該復合材料的主要電磁損耗機制。

研究人員同時也對金屬涂層進行了大量研究，以提升羰基鐵粉的吸波性能。Chen等[37]通過化學鍍的方法，將Co/C涂覆在羰基鐵粉的表層以提升其耐腐蝕能力和吸波能力。結果表明，材料具有優秀的電磁波吸收能力和抗腐蝕性能，其主要原因是材料具有磁電協同效應的穩定核殼結構，能夠有效增強材料的介電損耗和磁損耗。在Xie等[38]對鍍銀羰基鐵粉的研究中，通過正交實驗得出，在最佳實驗條件下復合材料的總電磁屏蔽值超過了33 dB，意味著此復合材料具有十分優異的電磁波吸收性能，且因為銀的存在，該復合材料也具有較好的耐熱性能。

綜上所述，涂層能夠明顯影響羰基鐵粉的吸波性能，提升材料的吸波性能，同時也可以使材料具有耐熱、抗腐蝕和抗氧化的性能。

2.4 羰基鐵粉的復合改性

如前文所述，羰基鐵粉是典型的磁損耗吸波材料，其磁損耗正切值高于介電材料的磁損耗正切值[39-40]。若羰基鐵粉再與磁損耗吸波材料復合，則吸波性能將會降低，與當今社會對吸波材料的要求不符合[10]。為使磁損耗吸波材料表現出良好的微波吸收性能，可將羰基鐵粉作為填充物，與介電損耗吸波材料進行混合，使其單一的損耗機制轉變為雙重損耗機制的復合材料，提升其微波吸收性能[41]。不同填充量的羰基鐵粉對吸波材料的形貌結構、導磁率和磁化強度變化[42]等有很大的影響，從而表現出不同程度的吸波性能。Ye等[43]報告稱，隨著復合材料中羰基鐵粉的比例增加，提高了復合材料的介電損耗能力，雙重損耗機制下，復合材料的吸波能力遠遠優于單一的羰基鐵粉或者石墨烯的吸波能力。隨著羰基鐵粉的填充比例上升，復合材料的微?？讛得黠@增加，能促進2種損耗機制的協同作用。值得注意的是，隨著羰基鐵粉填充比例的增加，材料的吸波性能先減弱后提升。在Duan等[44]報告中可以看到，隨著羰基鐵粉的填充比例增加，吸波材料的反射損耗峰往低頻方向移動，能夠彌補吸波材料在低頻區域的不足，從而提升其吸波性能。綜上所述，若想得到高性能的復合吸波材料，需要對羰基鐵粉的填充比例進行控制，以達到優異的吸波性能。

常用的與羰基鐵粉混合的材料主要包括碳質介電材料，如石墨（Graphite，GR）、炭黑（Carbon Black，CB）、碳纖維（Carbon Fiber，CF）、石墨烯、碳納米管（Carbon Nanotubes，CNT）等，以及非碳質介電材料，如氧化鋅、氧化錳和鋇鐵氧體等。石墨的結構呈二維圓盤狀，被廣泛應用于開發輕質導電多功能材料。研究表明，當石墨厚度和直徑減小時，能夠具備良好的微波吸收性能[45-46]。Xu等[47]通過化學氣相分解法將羰基鐵粉涂覆在石墨上，得到的復合材料具備更高的介電常數和虛導磁率，從而增加復合材料的微波吸收性能。在此研究中也發現，將羰基鐵粉涂覆在石墨上時，由于二者的電導率不相等，導電網絡更易建立，并形成疇壁移動，導致磁損失。在Xu等[48]的另一項研究中，他們認為整齊排列的羰基鐵粉和添加的石墨是提高復合材料許可率和電導率的關鍵因素。

石墨烯具有較大的比表面積和良好的導熱性，可用于吸波材料的制備[49-50]，Ye等[43]進行了石墨烯和羰基鐵粉的復合微球研究。復合材料中，磁損耗和介電損耗實現了互補。前者主要由羰基鐵粉的自然共振和渦流損耗提供，后者主要由石墨烯本身的缺陷和復合材料內部的不均勻界面引起的偶極極化和界面極化提供。此外，二者之間還能形成導電網絡，從而加強微波吸收。隨著羰基鐵粉的添加比例增加，復合材料的吸波性能隨之減少或增加。為了達到較高的性能，還需要對二者的比例進行調配。在另一項對石墨烯和羰基鐵粉的復合材料研究中，Zuo等[51]指出，石墨烯和羰基鐵粉的界面會產生界面極化，其引起的相關弛豫是減少入射電磁波能量的有效方法。

碳纖維吸波材料密度小，具有廣泛的微波吸收特性。研究表明，添加碳纖維能增加復數介電常數，但不影響復數磁導率[52]。Jang等[53]的研究中，將羰基鐵粉嵌入碳纖維聚合物中進行測試，結果如圖3所示。復合材料的吸波能力隨著羰基鐵粉的比例上升而增加，羰基鐵粉的增加改善了材料的電導率和磁化性能。吸收損耗是該材料進行微波吸收更主要的因素。

圖3 CIP含量不同的樣品的吸收、反射和總電磁屏蔽能力

碳納米管憑借其高適應性，良好的電化學性能、熱穩定性和磁性特征[54-55]，被廣泛應用于復合材料的填充材料中。在Jang等[56]成功研制了碳納米管和羰基鐵粉組成的納米雜化顆粒。實驗結果表明，隨著納米雜化顆粒含量的提升，電導率和吸波效率都會提高。研究人員認為電導率的變化是因為磁化固化過程中納米雜化顆粒的排列不同導致的?；隰驶F粉的復合材料響應磁場會形成基于羰基鐵粉的鏈狀結構，這些納米雜化顆粒可以通過排列有效地在基質中形成致密的導電網絡，從而使基于羰基鐵粉的復合材料的導電性提高[57-59]。非碳質介電材料，如鋇鐵氧體，也可與羰基鐵粉制備為復合材料。復合材料具有更寬的吸收帶寬和更低的反射損耗，二者的復合材料在很寬的頻率范圍內不會表現出低反射[60]。

上述研究表明，通過羰基鐵粉和不同介電材料的復合，能夠有效改善材料的微波吸收性能。在羰基鐵粉和其他材料的共混中，材料的形貌、尺寸、物化特性、填充比例和復合方式等都會明顯影響材料微波吸收的性能。

3 結語

近年來，CIP作為典型的磁損耗吸收材料，在微波吸收領域取得了豐富的研究成果。然而，CIP仍然存在一些缺點，如，介電損耗低、吸收帶寬較窄、密度高等，因此在實際應用時受到了一些限制。目前，眾多學者已經可以通過形貌優化、涂層改性、復合改性等手段對基于CIP的吸波材料進行調控來獲得更好的微波吸收效果，但仍然有很多方面需要克服，如吸波頻帶窄、復合材料比例的準確調控等。因此，需要聚焦于以下發展方向：

1）“輕、寬、強、薄”依然是羰基鐵粉基微波吸收材料需要大力研究的目標。

2）具有更小趨膚效應和更高snoek極限的片狀羰基鐵粉將會是未來相關領域重點研究的對象。

3）在提升吸波材料的吸波效能的同時，還需要考慮環境對材料的影響，社會的發展需要材料具備如熱穩定性、抗腐蝕性等諸多性能，以便在極端環境下正常工作，這便需要研制性能更全面的吸波材料。

[1] ZHAO Xiao-guang, DONG Shun, HONG Chang-qing, et al. Precursor Infiltration and Pyrolysis Cycle-Dependent Microwave Absorption and Mechanical Properties of Lightweight and Antioxidant Carbon Fiber Felts Reinforced Silicon Oxycarbide Composites[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2020, 568: 106-116.

[2] ZHANG Li-ying, LIU Ming, BI Shu-guang, et al. Polydopamine Decoration on 3D Graphene Foam and Its Electromagnetic Interference Shielding Properties[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2017, 493: 327-333.

[3] ROSU G, BALTAG O. EMI Shielding Disclosed through Virtual and Physical Experiments[M]. Amsterdam: Materials for Potential EMI Shielding Applications, Elsevier, 2020: 27-61.

[4] LIAO Zi-jian, MA Ming-liang, TONG Zhou-yu, et al. Fabrication of One-Dimensional ZnFe2O4@carbon@ MoS2/FeS2Composites as Electromagnetic Wave Absorber[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2021, 600: 90-98.

[5] FENG Shi-xuan, ZHAI Fu-tian, SU Hua-hua, et al. Progress of Metal Organic Frameworks-Based Composites in Electromagnetic Wave Absorption[J]. Materials Today Physics, 2023, 30: 100950.

[6] DUAN Yu-ping, LIU Yi, CUI Yu-long, et al. Graphene to Tune Microwave Absorption Frequencies and Enhance Absorption Properties of Carbonyl Iron/Polyurethane Coating[J]. Progress in Organic Coatings, 2018, 125: 89-98.

[7] ZHENG Si-nan, ZENG Zhi-hui, QIAO Jing, et al. Facile Preparation of C/MnO/Co Nanocomposite Fibers for High-Performance Microwave Absorption[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2022, 155: 106814.

[8] CAO Xiao-long, JIA Zi-rui, HU Dong-qi, et al. Synergistic Construction of Three-Dimensional Conductive Network and Double Heterointerface Polarization via Magnetic FeNi for Broadband Microwave Absorption[J]. Advanced Composites and Hybrid Materials, 2022, 5(2): 1030-1043.

[9] JIANG Qian, QIAO Ye, XIANG Chun-jie, et al. Metacomposite Based on Three-Dimensional Ferromagnetic Microwire Architecture for Electromagnetic Response[J]. Advanced Composites and Hybrid Materials, 2022, 5(4): 3190-3200.

[10] WANG Xiao, PAN Fei, XIANG Zhen, et al. Magnetic Vortex Core-Shell Fe3O4@C Nanorings with Enhanced Microwave Absorption Performance[J]. Carbon, 2020, 157: 130-139.

[11] SHU Jin-cheng, YANG Xin-yu, ZHANG Xin-ran, et al. Tailoring MOF-Based Materials to Tune Electromagnetic Property for Great Microwave Absorbers and Devices[J]. Carbon, 2020, 162: 157-171.

[12] ELMAHAISHI M F, AZIS R S, ISMAIL I, et al. A Review on Electromagnetic Microwave Absorption Properties: Their Materials and Performance[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2022, 20: 2188-2220.

[13] XIA Chao, PENG Yuan-dong, YI Xu-wu, et al. Improved Magnetic Properties of FeSiCr Amorphous Soft Magnetic Composites by Adding Carbonyl Iron Powder[J]. Journal of Non-Crystalline Solids, 2021, 559: 120673.

[14] WU Nan-nan, ZHAO Bei-bei, CHEN Xiao-yue, et al. Dielectric Properties and Electromagnetic Simulation of Molybdenum Disulfide and Ferric Oxide-Modified Ti3C2TXMXene Hetero-Structure for Potential Microwave Absorption[J]. Advanced Composites and Hybrid Materials, 2022, 5(2): 1548-1556.

[15] XIAO Jun-xiong, QI Xiao-si, GONG Xiu, et al. Defect and Interface Engineering in Core@shell Structure Hollow Carbon@MoS2Nanocomposites for Boosted Microwave Absorption Performance[J]. Nano Research, 2022, 15(9): 7778-7787.

[16] LI Chen, QI Xiao-si, GONG Xiu, et al. Magnetic-Dielectric Synergy and Interfacial Engineering to Design Yolk–Shell Structured CoNi@void@C and CoNi@void@C@MoS2Nanocomposites with Tunable and Strong Wideband Microwave Absorption[J]. Nano Research, 2022, 15(7): 6761-6771.

[17] WANG Rui, YANG Er-qi, QI Xiao-si, et al. Constructing and Optimizing Core@shell Structure CNTs@MoS2Nanocomposites as Outstanding Microwave Absorbers[J]. Applied Surface Science, 2020, 516: 146159.

[18] YIN Chun-lei, CAO Yue-bin, FAN Jun-mei, et al. Synthesis of Hollow Carbonyl Iron Microspheres via Pitting Corrosion Method and Their Microwave Absorption Properties[J]. Applied Surface Science, 2013, 270: 432-438.

[19] YANG R B, LIANG Wen-fan. Microwave Properties of High-Aspect-Ratio Carbonyl Iron/Epoxy Absorbers[J]. Journal of Applied Physics, 2011, 109(7): 07A311.

[20] 王軒, 朱冬梅, 向耿, 等. 羰基鐵吸收劑的研究進展[J]. 材料導報, 2014, 28(23): 17-21.

WANG Xuan, ZHU Dong-mei, XIANG Geng, et al. Research Progress on Carbonyl Iron Absorber[J]. Materials Review, 2014, 28(23): 17-21

[21] YIN Peng-fei, ZHANG Li-min, WANG Jian, et al. Low Frequency Microwave Absorption Property of CIPs/ZnO/Graphene Ternary Hybrid Prepared Via Facile High-Energy Ball Milling[J]. Powder Technology, 2019, 356: 325-334.

[22] WANG Feng, LONG Chang, WU Tian-long, et al. Enhancement of Low-Frequency Magnetic Permeability and Absorption by Texturing Flaky Carbonyl Iron Particles[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2020, 823: 153827.

[23] WANG Wei, GUO Jia-xiong, LONG Chang, et al. Flaky Carbonyl Iron Particles with both Small Grain Size and Low Internal Strain for Broadband Microwave Absorption[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2015, 637: 106-111.

[24] QING Yu-chang, ZHOU Wan-cheng, JIA Shu, et al. Microwave Electromagnetic Property of SiO2-Coated Carbonyl Iron Particles with Higher Oxidation Resistance[J]. Physica B: Condensed Matter, 2011, 406(4): 777-780.

[25] DAI Wei-yong, CHEN Fu, LUO Hui, et al. Synthesis of Yolk-Shell Structured Carbonyl Iron@void@nitrogen Doped Carbon for Enhanced Microwave Absorption Performance[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2020, 812: 152083.

[26] QIAO Ming-tao, LEI Xing-feng, MA Yong, et al. Application of Yolk–Shell Fe3O4@N-Doped Carbon Nanochains as Highly Effective Microwave-Absorption Material[J]. Nano Research, 2018, 11(3): 1500-1519.

[27] ZHAO Biao, GUO Xiao-qin, ZHAO Wan-yu, et al. Facile Synthesis of Yolk–Shell Ni@void@SnO2(Ni3Sn2) Ternary Composites via Galvanic Replacement/Kirkendall Effect and Their Enhanced Microwave Absorption Properties[J]. Nano Research, 2017, 10(1): 331-343.

[28] WANG Han-qun, WANG Meng, ZHANG Xiao-chen, et al. A New Type of Catalyst Allows Carbonyl Iron Powder to be Coated with SiO2for Tuned Microwave Absorption[J]. Surfaces and Interfaces, 2020, 21: 100755.

[29] YOKOI T, SAKAMOTO Y, TERASAKI O, et al. Periodic Arrangement of Silica Nanospheres Assisted by Amino Acids[J]. Journal of the American Chemical Society, 2006, 128(42): 13664-13665.

[30] CHEN Jian-wen, WANG Xiu-cai, YU Xin-mei, et al. Significantly Improved Dielectric Performances of Nanocomposites via Loading Two-Dimensional Core-Shell Structure Bi2Te3@SiO2Nanosheets[J]. Applied Surface Science, 2018, 447: 704-710.

[31] LI J, FENG W J, WANG J S, et al. Impact of Silica-Coating on the Microwave Absorption Properties of Carbonyl Iron Powder[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2015, 393: 82-87.

[32] ZHOU Ying-ying, XIE Hui, ZHOU Wan-cheng, et al. Enhanced Antioxidation and Microwave Absorbing Properties of SiO2-Coated Flaky Carbonyl Iron Particles[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2018, 446: 143-149.

[33] WANG Hong-yu, ZHU Dong-mei, ZHOU Wan-cheng, et al. Electromagnetic Property of SiO2-Coated Carbonyl Iron/Polyimide Composites as Heat Resistant Microwave Absorbing Materials[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2015, 375: 111-116.

[34] JOSEPH N, THOMAS SEBASTIAN M. Electromagnetic Interference Shielding Nature of PVDF-Carbonyl Iron Composites[J]. Materials Letters, 2013, 90: 64-67.

[35] LIU Li-dong, DUAN Yu-ping, LIU Shun-hua, et al. Microwave Absorption Properties of one Thin Sheet Employing Carbonyl–Iron Powder and Chlorinated Polyethylene[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2010, 322(13): 1736-1740.

[36] ZHOU Chang, FANG Qing-qing, YAN Fang-liang, et al. Enhanced Microwave Absorption in ZnO/Carbonyl Iron Nano-Composites by Coating Dielectric Material[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2012, 324(9): 1720-1725.

[37] CHEN Jin-chuan, LEI Wei-wei, HUANG Chi, et al. Magneto-Electric Adjustable Co/C Porous Layer Coated Flaky Carbonyl Iron Composites with Bifunctions of Anti-Corrosion and Microwave Absorption[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2022, 927: 167104.

[38] XIE Hui, ZHOU Ying-ying, REN Zhao-wen, et al. Enhancement of Electromagnetic Interference Shielding and Heat-Resistance Properties of Silver-Coated Carbonyl Iron Powders Composite Material[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2020, 499: 166244.

[39] PINHO M S, GREGORI M L, NUNES R C R, et al. Performance of Radar Absorbing Materials by Waveguide Measurements for X- and Ku-Band Frequencies[J]. European Polymer Journal, 2002, 38(11): 2321-2327.

[40] LI Song-yan, TIAN Xiao-xia, WANG Jia-fu, et al. Ternary Heterogeneous Core-Shell Structure CIP@PPy/ MWCNTs Composites for Broadband Microwave Absorption, Diamond and Related Materials, 2022, 130: 109420

[41] LI Yong, CHEN Chang-xin, PAN Xiao-yan, et al. Multiband Microwave Absorption Films Based on Defective Multiwalled Carbon Nanotubes Added Carbonyl Iron/Acrylic Resin[J]. Physica B: Condensed Matter, 2009, 404(8/9/10/11): 1343-1346.

[42] NI J L, HU F, FENG S J, et al. Soft Magnetic Properties of FeSiAl/Carbonyl Iron Composites with High Magnetic Permeability and Low Magnetic Loss[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2021, 887: 161337.

[43] YE Xi-cong, GAO Qi, HE En-yi, et al. Graphene/Carbonyl Iron Powder Composite Microspheres Enhance Electromagnetic Absorption of 3D Printing Composites[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2023, 937: 168443.

[44] DUAN Yu-ping, WU Guang-li, GU Shu-chao, et al. Study on Microwave Absorbing Properties of Carbonyl-Iron Composite Coating Based on PVC and Al Sheet[J]. Applied Surface Science, 2012, 258(15): 5746-5752.

[45] MICHELI D, PASTORE R, GRADONI G, et al. Reduction of Satellite Electromagnetic Scattering by Carbon Nanostructured Multilayers[J]. Acta Astronautica, 2013, 88: 61-73.

[46] MICHELI D, VRICELLA A, PASTORE R, et al. Synthesis and Electromagnetic Characterization of Frequency Selective Radar Absorbing Materials Using Carbon Nanopowders[J]. Carbon, 2014, 77: 756-774.

[47] XU Yong-gang, YAN Zhen-qiang, ZHANG De-yuan. Microwave Absorbing Property of a Hybrid Absorbent with Carbonyl Irons Coating on the Graphite[J]. Applied Surface Science, 2015, 356: 1032-1038.

[48] XU Yong-gang, ZHANG De-yuan, CAI Jun, et al. Microwave Absorbing Property of Silicone Rubber Composites with Added Carbonyl Iron Particles and Graphite Platelet[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2013, 327: 82-86.

[49] XU Dong-wei, YANG Sen, CHEN Ping, et al. Synthesis of Magnetic Graphene Aerogels for Microwave Absorption by In-Situ Pyrolysis[J]. Carbon, 2019, 146: 301-312.

[50] ZHI Dan-dan, LI Tian, LI Jin-zhe, et al. A Review of Three-Dimensional Graphene-Based Aerogels: Synthesis, Structure and Application for Microwave Absorption[J]. Composites Part B: Engineering, 2021, 211: 108642.

[51] ZUO Yu-xin, SU Xin-ran, LI Xin-wei, et al. Multimaterial 3D-Printing of Graphene/Li0.35Zn0.3Fe2.35O4and Graphene/Carbonyl Iron Composites with Superior Microwave Absorption Properties and Adjustable Bandwidth[J]. Carbon, 2020, 167: 62-74.

[52] QING Y C, ZHOU W C, JIA S, et al. Electromagnetic and Microwave Absorption Properties of Carbonyl Iron and Carbon Fiber Filled Epoxy/Silicone Resin Coatings[J]. Applied Physics A, 2010, 100(4): 1177-1181.

[53] JANG D, CHOI B H, YOON H N, et al. Improved Electromagnetic Wave Shielding Capability of Carbonyl Iron Powder-Embedded Lightweight CFRP Composites[J]. Composite Structures, 2022, 286: 115326.

[54] LI W H, LYNAM C, CHEN J, et al. Magnetorheology of Single-Walled Nanotube Dispersions[J]. Materials Letters, 2007, 61(14/15): 3116-3118.

[55] SLOBODIAN P, PAVLíNEK V, LENGáLOVá A, et al. Polystyrene/Multi-Wall Carbon Nanotube Composites Prepared by Suspension Polymerization and Their Electrorheological Behavior[J]. Current Applied Physics, 2009, 9(1): 184-188.

[56] JANG D, YOON H N, SEO J, et al. Improved Electromagnetic Interference Shielding Performances of Carbon Nanotube and Carbonyl Iron Powder (CNT@CIP)- Embedded Polymeric Composites[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2022, 18: 1256-1266.

[57] KIM S, KIM P, PARK C Y, et al. A New Tactile Device Using Magneto-Rheological Sponge Cells for Medical Applications: Experimental Investigation[J]. Sensors and Actuators A: Physical, 2016, 239: 61-69.

[58] YU Miao, YANG Pin-gan, FU Jie, et al. A Theoretical Model for the Field-Dependent Conductivity of Magneto-Rheological Gels and Experimental Verification[J]. Sensors and Actuators A: Physical, 2016, 245: 127-134.

[59] KIM Y K, KIM J, JANG D, et al. A Study on the Effects of Multiwall Carbon Nanotubes on Dynamic Stiffness of Hydrophilic-base Magnetorheological Gel, Current Nanoscience 2019, 15(3): 319-323.

[60] FENG Y B, QIU T, SHEN C Y. Absorbing Properties and Structural Design of Microwave Absorbers Based on Carbonyl Iron and Barium Ferrite[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2007, 318(1/2): 8-13.

Research Progress of Carbonyl Iron Powder as Microwave Absorbing Material

QIN Ren-chi, MENG Fan-bin

(School of Materials Science and engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)

The application of carbonyl iron powder (CIP) in wave absorption is restricted by its low dielectric loss, narrow absorption bandwidth, high density, and other shortcomings. The work aims to develop "light, wide, strong, thin" CIP microwave absorbing materials through different modification methods based on CIP materials, to effectively absorb microwaves. The research status of using carbonyl iron powder as wave absorbing materials in recent years was reviewed. The effects of different modification methods, such as morphology modification, coating modification and composite modification, on the wave absorbing properties of carbonyl iron composites were introduced and analyzed. As a microwave absorbing material, CIP can be improved by different modification methods to ameliorate the shortcomings. The prepared composites are more in line with the current demand for wave absorbing materials. Compared with traditional CIP materials, CIP composites have greater potential as microwave absorbers.

microwave interference; CIP; microwave absorbing materials; modification

TB34

A

1001-3563(2023)09-0129-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.09.016

2023?03?16

覃仁馳（2001—），男，本科生。

孟凡彬（1985—），男，博士。

責任編輯：曾鈺嬋