.854. 工程科学学报，第40卷，第7期 和12GHz出现的吸收峰是由于自然共振引起.因 tand=tanδe+tanδu (2) 此，掺杂Co后的复合材料的损耗机制主要为自然 其中，tan6e=e"/e',tanδM=u"/u',tan8e是电 共振和涡流损耗.上述分析表明C0摻杂前后复合 损耗正切，tanδ，磁损耗正切，e”和e'分别为复介电 材料的吸波机制发生了变化：C0摻杂前，在较宽的 常数的虚部和实部，μ”和分别为复磁导率的虚部 频带范围内存在涡流损耗：C0掺杂后，仅在高频处 和实部，提高吸波材料的虚部有利于获得吸波性能 有涡流损耗，并出现两个较强的自然共振吸收峰. 优异的吸波材料.图6(a)显示随着频率的升高，Co 分析认为磁性C0摻杂后，材料的磁各向异性和饱 掺杂前的电损耗正切出现三个依次递增的损耗峰， 和磁化强度增强，根据Snoek极限[i9]的限制和基特 C0摻杂后的电损耗正切随着频率的升高增加，但损 尔公式20]可知，饱和磁化强度增强和各向异性有效 耗峰消失，损耗正切值升高.表明C0掺杂前以多重 场均与自然共振频率成正比，因此，各向异性有效场 极化弛豫为主要电损耗机制，而C0掺杂后复合材 和饱和磁化强度增强到一定数值时出现了三个自然 料表面形成良好的导电网络，因此，C0掺杂后的复 共振吸收峰.C0掺杂后材料的导电能力提高，电阻 合材料多重弛豫损耗峰消失，其主要以电导损耗为 率下降，因此，在高频处有较强的涡流损耗 主.图6(b)是Co掺杂前后的RGO/Fe0,复合材 吸波材料的衰减能力通常用电磁波损耗因子来 料磁损耗正切，C0掺杂前其随着频率的升高，磁损 表征，其表达式为2： 耗正切先下降后升高 035my 一tand.RGO/Fe,O,/Co 0.16 -tan RGO/Fe,O /Co -tanòRG0Fe,0, -tan 6 RGO/Fe,O. 0.30 0.12 0.25 区 0.08 0.20 0.04 0.1524681012141618 24681012141618 频率GHz 频率GHz 图6Co掺杂前后RG0/F©3O,复合材料的损耗因子.(a)电损耗正切值：(b)磁损耗正切值 Fig.6 Loss factor of RGO/Fe,0 composite before and after Co-doping:(a)electrical loss tangent;(b)magnetic loss tangent C。掺杂后其随着频率的升高在5、7和12GHz入材料内部而不被反射.若要实现阻抗匹配，需使 出现三个损耗峰.说明磁性微粉Co掺杂后的RGO/ 得输入阻抗和自由空间阻抗相匹配.对于吸波材料 Fe,0,复合材料损耗能力明显增强，在4~15GHz有 而言，当电磁波照射到材料表面时会发生入射和反 较强的磁损耗，三个磁损耗因子损耗峰对应图5中 射，反射系数可以表示为2)： u"(μ)-f曲线所显示的三个自然共振吸收峰.再 Z。-Zm T= 根据阻抗匹配条件2： Z。+Zn (4) g片 (3) 式中，Zo=。 ,Zm人 为自由空间波阻抗和输 AE E0 当上述条件成立时可达到极小的反射或者不反 人阻抗，和s0为自由空间的磁导率和介电常数， 射，但实际材料无法达到这个要求，因此要尽量使得 两者均为常数。：，和6，为材料本身的相对磁导率 s"/e'≈"μ'.Co掺杂后的RGO/Fe,O,复合材料其 和相对介电常数.根据上述可知，Co掺杂的RGO/ ε"/ε'的值更接近”/μ'的值，因此其具有较好的匹 FeO,复合材料具有较好的阻抗特性，因此相对磁 配特性和损耗特性. 导率和相对介电常数较接近. 2.4.2复合材料理论反射率 (2)具有较高的损耗能力，即电磁波进入材料 材料若要实现对电磁波的强吸收，需要满足两 内部被大量的损耗.损耗能力与材料本身的电磁参 个条件 数有关，根据电磁参数可以评价材料的损耗性能. (1)阻抗匹配良好，即电磁波能最大限度的进 目前，运用最广泛的传输线法作为评价方法，电磁波工程科学学报,第 40 卷,第 7 期 和 12 GHz 出现的吸收峰是由于自然共振引起. 因 此,掺杂 Co 后的复合材料的损耗机制主要为自然 共振和涡流损耗. 上述分析表明 Co 掺杂前后复合 材料的吸波机制发生了变化:Co 掺杂前,在较宽的 频带范围内存在涡流损耗;Co 掺杂后,仅在高频处 有涡流损耗,并出现两个较强的自然共振吸收峰. 分析认为磁性 Co 掺杂后,材料的磁各向异性和饱 和磁化强度增强,根据 Snoek 极限[19] 的限制和基特 尔公式[20]可知,饱和磁化强度增强和各向异性有效 场均与自然共振频率成正比,因此,各向异性有效场 和饱和磁化强度增强到一定数值时出现了三个自然 共振吸收峰. Co 掺杂后材料的导电能力提高,电阻 率下降,因此,在高频处有较强的涡流损耗. 吸波材料的衰减能力通常用电磁波损耗因子来 表征,其表达式为[21] : tan啄 = tan啄E + tan啄M (2) 其中,tan 啄E = 着义/ 着忆,tan 啄M = 滋义/ 滋忆,tan 啄E是电 损耗正切,tan 啄M磁损耗正切,着义和 着忆分别为复介电 常数的虚部和实部,滋义和 滋忆分别为复磁导率的虚部 和实部,提高吸波材料的虚部有利于获得吸波性能 优异的吸波材料. 图 6(a)显示随着频率的升高,Co 掺杂前的电损耗正切出现三个依次递增的损耗峰, Co 掺杂后的电损耗正切随着频率的升高增加,但损 耗峰消失,损耗正切值升高. 表明 Co 掺杂前以多重 极化弛豫为主要电损耗机制,而 Co 掺杂后复合材 料表面形成良好的导电网络,因此,Co 掺杂后的复 合材料多重弛豫损耗峰消失,其主要以电导损耗为 主. 图 6( b)是 Co 掺杂前后的 RGO/ Fe3O4 复合材 料磁损耗正切,Co 掺杂前其随着频率的升高,磁损 耗正切先下降后升高. 图 6 Co 掺杂前后 RGO/ Fe3O4 复合材料的损耗因子. (a)电损耗正切值;(b)磁损耗正切值 Fig. 6 Loss factor of RGO/ Fe3O4 composite before and after Co鄄doping:(a) electrical loss tangent; (b) magnetic loss tangent Co 掺杂后其随着频率的升高在 5、7 和 12 GHz 出现三个损耗峰. 说明磁性微粉 Co 掺杂后的 RGO/ Fe3O4 复合材料损耗能力明显增强,在 4 ~ 15 GHz 有 较强的磁损耗,三个磁损耗因子损耗峰对应图 5 中 滋义(滋忆) - 2 f - 1曲线所显示的三个自然共振吸收峰. 再 根据阻抗匹配条件[22] : 着义 着忆 = 滋义 滋忆 (3) 当上述条件成立时可达到极小的反射或者不反 射,但实际材料无法达到这个要求,因此要尽量使得 着义/ 着忆抑滋义/ 滋忆. Co 掺杂后的 RGO/ Fe3O4 复合材料其 着义/ 着忆的值更接近 滋义/ 滋忆的值,因此其具有较好的匹 配特性和损耗特性. 2郾 4郾 2 复合材料理论反射率 材料若要实现对电磁波的强吸收,需要满足两 个条件. (1)阻抗匹配良好,即电磁波能最大限度的进 入材料内部而不被反射. 若要实现阻抗匹配,需使 得输入阻抗和自由空间阻抗相匹配. 对于吸波材料 而言,当电磁波照射到材料表面时会发生入射和反 射,反射系数可以表示为[23] : 祝 = Z0 - Zin Z0 + Zin (4) 式中,Z0 = 滋0 着0 ,Zin = 滋r滋0 着r着0 为自由空间波阻抗和输 入阻抗,滋0 和 着0 为自由空间的磁导率和介电常数, 两者均为常数. 滋r 和 着r 为材料本身的相对磁导率 和相对介电常数. 根据上述可知,Co 掺杂的 RGO/ Fe3O4 复合材料具有较好的阻抗特性,因此相对磁 导率和相对介电常数较接近. (2)具有较高的损耗能力,即电磁波进入材料 内部被大量的损耗. 损耗能力与材料本身的电磁参 数有关,根据电磁参数可以评价材料的损耗性能. 目前,运用最广泛的传输线法作为评价方法,电磁波 ·854·