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随着电子技术的迅速发展,电磁波被广泛地应用在众多领域。吸波材料对于减少生活中的电磁辐射污染和在军事上实现目标隐身都具有重要意义,所以制备“薄、轻、宽、强”的优质吸波材料成为了目前研究的热点。本文借鉴山东大学碳纤维工程技术研究中心成熟的碳纤维制备技术,在低碳化温度(低于1000℃)下碳化聚丙烯腈(PAN)薄膜以及PAN／铁粉复合物,制备新型碳基吸波材料。分别在600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃和900℃下碳化PAN薄膜,制备了多孔无定形炭吸波材料,研究了碳化温度对其介电性能和吸波效果的影响。在2～18GHz频率范围内,随频率升高其相对介电常数实部有减小的趋势,即具有频散效应,而且碳化温度越高频散效应越明显。无定形炭吸波材料的相对介电常数实部和虚部都随着碳化温度的升高而变大,并且800℃及更高温度碳化材料的相对介电常数明显大于750℃及更低温度碳化材料的相对介电常数。总体来看,介电损耗角正切值也有随着碳化温度升高而增大的变化趋势。700℃、750℃和800℃碳化材料的介电性能较好,介电常数实部和虚部较均衡,适用于作为优良碳基复合吸波材料的基体。以上述研究为基础,在PAN溶液中加入了羰基铁粉,制备了PAN／羰基铁粉复合物,以高纯氮气保护分别在700℃、750℃和800℃下碳化,使无定形炭和铁的氧化物、铁的氮化物同步生成,制得了兼有电损耗和磁损耗的碳基复合吸波材料。对于750℃碳化的材料,当匹配厚度为2.0mm时,材料在15.0GHz附近吸收最强,其反射损耗最小值约为-33.0dB,低于-10dB的频宽达6.0GHz,吸波效果较好。碳化温度对材料物相组成和电磁性能有显著影响,碳化温度越高,材料相对介电常数的实部和虚部都越大,电磁波吸收峰越尖锐,材料对低频电磁波的吸收效果越好。保护气体对碳化材料物相组成有重要影响,改用微氧气体保护,碳化处理PAN／羰基铁粉复合物,制得的碳基复合吸波材料中磁性物质的种类和含量都不同于高纯氮气保护下相应温度下制得的材料。微氧气体保护下碳化得到的吸波材料也兼有电损耗和磁损耗,具有较好的吸波性能。对于800℃碳化的材料,当匹配厚度为2.0mm时,材料在11.5GHz处有吸收峰,其反射损耗最小值约为-19.0dB,低于-10dB的频宽达4.0GHz,低于-5dB的频宽达9.0GHz,吸波效果较好。用高纯氮气保护,分别在750℃和800℃下碳化处理PAN／纳米铁粉复合物,制备了兼有电损耗和磁损耗的碳基复合吸波材料。800℃碳化材料的吸波性能明显优于750℃碳化的材料。对于800℃碳化的材料,当匹配厚度为2.0mm时,材料在13.0GHz处有吸收峰,其反射率峰值约为-38.0dB,低于-10dB的频宽达5.0GHz,吸波效果较好。与未进行磁材料改性的无定形炭吸波材料相比,碳基复合吸波材料的电磁波吸收性能都有了很大的提高,这说明通过在碳材料前驱体PAN聚合液中添加铁粉来提高无定形炭材料的吸波性能可取得较好的效果。随着吸波涂层厚度的增加,碳基复合吸波材料的吸收峰都向低频波段移动。无论是高纯氮气保护还是微氧气体保护,750℃和800℃碳化得到的碳基复合吸波材料的吸波性能都明显优于700℃碳化的材料,这是因为材料中磁性粉末的含量较少,磁导率较低,尽管具有磁损耗能力,但是磁损耗都不强,电损耗就成为了主要的损耗机制,升高碳化温度提高了材料的介电常数和电损耗能力。