羰基铁的表面改性

羰基铁的表面改性主要是通过羰基铁表面原位改性、包覆无机或有机吸波材料等手段，降低介电常数，提高抗氧化性和抗腐蚀性，改善分散性，降低吸收剂密度。

羰基铁表面原位改性常用方法是通过表面原位氧化或钝化处理，改善阻抗匹配，增强抗氧化性能。Long等通过机械球磨和表面氧化处理制备了Fe3O4/α-FeOOH氧化层包覆的片状羰基铁，经4h球磨、30min氧化处理后，羰基铁的低频吸波性能明显改善。Yin等将FCI采用弱氧化气体CO2钝化处理，在保持羰基铁良好吸波性能的同时，较大程度地提高了其抗氧化能力。

在无机包覆方面，通过引入包覆层的特殊性能及独特的核壳结构，拓宽吸波频带，提高抗氧化和耐腐蚀性，包覆材料主要有金属单质及其氧化物。Zhou等采用化学镀制备的Co包覆FCI表现出较好的热稳定性和吸波性能。在羰基铁表面包覆SiO2可以降低其介电常数，改善阻抗匹配特性。Li等在球形羰基铁表面包覆5～10nm的SiO2壳层，其吸波性能明显改善。Zhang等采用球磨法制备的FCI/MnO2复合材料在S波段(2～4GHz)和C波段(4～8GHz)具有较好的吸波性能。郭飞等制备了海胆状SCI/ZnO核壳结构复合粒子，在不改变吸波性能的情况下显著改善其抗氧化性能。

在羰基铁表面进行有机包覆的材料主要有聚苯胺、聚吡咯等。Tang等制备的PANI包覆SCI复合材料具有较好的耐腐蚀和吸波性能。汪晓芹等采用原位聚合法制备的核壳结构SCI@PANI复合材料具有较好的防腐性能和吸波性能。Song等在FCI表面包覆了一层甲基丙烯酸聚苯乙烯，复合粒子介电常数降低而磁导率基本保持不变，低频吸波性能得到明显改善。

增大羰基铁的形状各向异性

增大羰基铁的形状各向异性主要是通过机械球磨、调控制备工艺参数等手段，合成具有形状各向异性的片状、纤维状、壳状、树枝状羰基铁，提高其Snoek极限，从而获得较高的磁导率以及更大的磁损耗。以其为主要吸波剂制备的吸波涂层具有吸收强、有效频带宽、面密度低等特点。

机械球磨法是制备FCI最常用的方法，研究人员围绕球磨工艺参数对羰基铁形貌及电磁性能的影响开展了深入研究。Khani等发现，随着球磨时间的增加，羰基铁逐渐由球状转变为片状。Xu等采用两步球磨法制备了具有较大纵横比的FCI，其磁导率相对SCI得到有效增强。Qiao等发现，片层状的平面各向异性羰基铁共振频率显著增大，导致其在较宽的频段内具有较大的磁导率实部与虚部。Abshinova等采用机械球磨和退火处理制备的FCI磁导率显著增大，共振频率向低频转移。Wang等从控制粒子微观结构入手，采用加热湿法球磨调控FCI的纵横比、晶粒尺寸和内应力(图1(a))，优化其吸波性能。

通过控制Fe(CO)5热分解时粒子沉积方向可制备羰基铁纤维。童国秀等通过控制Fe(CO)5的热解温度，用气流诱导法制备了化学组成与结构可控的多晶铁纤维，并分析了热解温度对多晶铁纤维的结构组成和电磁性能的影响。李小莉等采用磁场引导的有机金属气相沉积法制备了纳米晶铁纤维，并测试了其电磁参数和涂层反射率。贺君等通过表面原位氧化改性制备了表面包覆铁氧化物的多晶铁纤维复合材料(图1(b))，涂层密度大幅降低。

在最近的研究中，出现了一些比较新颖的处理方法制备的多种形状结构羰基铁。Yin等采用点腐蚀法制备了中空的球形壳状羰基铁(图1(c))，由于趋肤效应减弱、空心结构带来的界面极化和多重反射作用增强，壳状羰基铁相对SCI具有更优异的吸波性能，适合用于制备轻、薄的吸波涂层。杨芾藜等研究了球状和树枝状羰基铁电磁性能(图1(d))，由于树枝状形貌有利于形成不连续网络，增加电磁波多重散射和界面电荷极化，树枝状羰基铁比SCI具有更好的吸波性能和更低的吸收频带。

图1 不同形貌的羰基铁粒子SEM图
(a)片状；(b)纤维状；(c)壳状；(d)树枝状

石墨烯/羰基铁复合吸波材料

石墨烯作为一种新型碳材料，具有诸多优异性能，在吸波材料研究领域显示出了潜在的应用价值，但单独用作吸波材料时存在分散性差、吸收强度弱、阻抗匹配性差以及吸收频带窄等缺点。石墨烯与羰基铁结合的形式主要有羰基铁表面负载石墨烯、石墨烯表面负载羰基铁以及两种材料的混合掺杂。

黄琪惠等通过热分解Fe(CO)5在氧化石墨烯片层的表面和边缘分散负载了一层尺寸小于50nm的Fe@Fe3O4纳米粒子，复合材料的饱和磁化强度可达140A·m-2·kg-1。当涂层厚度为1.5mm时，在10～16GHz范围内反射率均在-10dB以下；厚度为3mm时，反射率在4.3GHz处达到最大，约为-25dB。Xu等首先采用一锅法将还原氧化石墨烯(reduced graphene oxide，RGO)负载在FCI表面，得到RGO/FCI复合粒子，然后通过原位聚合在其表面包覆PANI，得到核壳结构的RGO/FCI/PANI复合材料，制备的2mm厚的涂层在11.8GHz达到最小反射率-38.8dB。Weng等采用一锅法制备的FCI/RGO/聚乙烯吡咯烷酮核壳结构三元复合吸波材料具有优异的吸波性能(图2(a))，涂层厚度为2.5mm时，FCI/RGO在7.8GHz处有最小反射率-103.8dB，PVP溶液浓度为4mg/mL时制备的FCI/RGO/PVP复合材料小于-10dB频带宽为13.8GHz(4.2～18GHz)(图2(b))，厚度为4.8mm时，其小于-10dB频带覆盖 2～18GHz。

图2 FCI/RGO/PVP复合材料制备过程及吸波机理示意图(a)，厚度为2.5mm时FCI，FCI/GO，FCI/RGO，FCI/RGO/PVP复合材料的反射率(b)

Chen等采用机械球磨法制备的RGO/FCI/环氧树脂复合材料比FCI/环氧树脂复合材料具有更大的介电损耗和更低的反射率。Zhu等通过一种简易湿化学法制备了具有交联框架结构的RGO/SCI复合材料，其阻抗匹配性和吸波性能明显改善，当涂层厚度为3mm时，在7.79～11.98GHz范围内反射率均小于-10dB，最小反射率达-52.46dB，其吸波机理可以用碳桥效应来解释，如图3所示。王洁萱，李国显也采用了类似的方法分别制备了GO/SCI，RGO/SCI复合材料，均展现出较好的吸波性能。Qing等将石墨烯纳米片和FCI以不同配比均匀分散到环氧有机硅树脂中，通过改变GNs和FCI含量调整复合材料的电磁性能。

图3 RGO/SCI复合材料碳桥效应吸波机理

碳纳米管/羰基铁复合吸波材料

由于特殊的一维管状结构和良好的介电性能，CNTs表现出较好的吸波性能，同时兼具质量轻、稳定性好等优点。研究人员将CNTs与羰基铁进行不同形式的复合，进一步对CNTs的吸波性能进行改善和调控。

在包覆型核壳结构复合材料方面，Liu等采用MOCVD法通过热分解Fe(CO)5在CNTs表面生长羰基铁壳层，制备的CNTs/CI核壳材料吸波性能明显增强，厚度为3.6mm时小于-10dB带宽达10.6GHz(7.4～18GHz)，覆盖整个X波段(8～12GHz)和Ku波段(12～18GHz)。Liu等采用机械球磨法将CNTs负载在FCI表面，制备的复合材料表现出较强的宽频吸波性能，涂层在4.6～17GHz范围内的反射率均小于-4dB，而厚度仅为0.6mm。

在CNTs与羰基铁的混合掺杂方面，Xu等采用双辊机将CNTs和SCI,FCI分散在硅橡胶中，发现CNTs含量对复合材料吸波性能有较大影响，填充CNTs和FCI的复合材料在厚度为0.5mm时8～18GHz的反射率小于-5dB，厚度为2mm时最小反射率峰值在3.5GHz处达-35dB。该课题组还通过对填充CNTs和FCI的硅橡胶复合材料制备的同轴环施加不同压应力，实现吸波性能的可控调节，压缩应变示意图如图4所示。Qing等将CNTs和FCI均匀分散在环氧有机硅树脂中(图5(a)，(b))，通过优化设计得到涂层薄、有效吸收频带宽的吸波涂层，制备的复合材料在厚度为0.5，1，1.5mm时小于-5dB的反射率频带为10.4～18，4.4～18，2～18GHz，厚度为1.5mm时小于-10dB的反射率频带宽达14.6GHz(3.4～18GHz)(图5(c))。Gao等发现，吸收剂的交替层状分布结构能够有效降低CNTs/CI聚氯乙烯基复合材料的最小反射率，增大有效吸收带宽(反射率小于-10dB)。Tong等发现，当CNTs含量为2.2%时CNTs/CI复合材料具有较好的吸波性能。Li等采用超声共混将有缺陷的CNTs与羰基铁复合，制备的CNTs/羰基铁/丙烯酸树脂复合材料的吸波性能较CNTs和羰基铁的单体大幅增强。

图4 填充FCI/CNTs的复合材料压缩应变示意图

图5 CNTs和FCI颗粒填充环氧有机硅树脂复合物的断裂表面SEM图(箭头所示为CNTs)(a)，CNTs，
FCI和环氧有机硅树脂基体组成的三维网络结构示意图(b)，填充0.5%CNTs和50%FCI的复合材料在不同厚度下的反射率(c)

碳纤维/羰基铁复合吸波材料

碳纤维与其他吸波材料相比，具有硬度高、高温强度大、耐腐蚀性强、质量轻、吸收频带宽等优点。通过研究碳纤维的吸波机理，对其进行改性和结构设计，研制出高性能的碳纤维复合材料是现在研究的热点。目前，对碳纤维/羰基铁复合吸波材料的研究主要分为制备包覆型核壳结构复合材料和二者的混合掺杂。

Liu等以Fe(CO)5为前驱体，采用MOCVD工艺在CF表面沉积连续α-Fe膜，制得核壳结构的CF/CI复合材料，通过优化CF与羰基铁的质量比调控复合材料电磁性能，质量比为1∶8.8时制备的复合材料具有较好的吸波性能，多重散射是其衰减电磁波的重要机理，如图6所示。Zhang等采用类似方法制备了CF/CI复合材料，研究了复合材料的填充量对电磁性能的影响，并将计算反射率与实测反射率进行了对比验证，结果表明，复合材料质量分数为8%、厚度为2mm时涂层具有最优吸波性能。Salimkhani等采用电沉积法将SCI成功包覆在CF表面，形成核壳结构的CF/SCI复合材料，结果表明，碘为稳定剂、沉积时间为20min、不经热处理的复合材料具有较好的吸波性能。Youh等以乙炔和氢气原料、SCI为催化剂和基体，采用化学气相沉积法在SCI表面生长CF，CF/SCI/环氧树脂复合材料的电磁性能测试结果表明，涂层厚度为2mm、CF/SCI的质量分数为45%和30%时，复合材料分别在2～18GHz和18～40GHz频段内具有较好的吸波性能。

图6 CF/CI复合材料制备过程示意图(a), SEM图(b)，在不同厚度下的吸波性能(c)和电磁波的传输示意图(d)

Qing等将FCI和CF在环氧有机硅树脂中复合制备复合吸波材料，发现当CF和FCI的含量分别为2%和65%时复合材料具有最优吸波性能。Min等研究了FCI的取向、CF的添加量以及取向对FCI/CF环氧树脂基复合材料吸波性能影响，制备的FCI/CF环氧树脂基双层涂层在厚度为0.8mm时小于-5dB的频带宽达12GHz。王振军等研究了单掺CF和复掺SCI/CF水泥基复合材料在2～18GHz频段的吸波性能，发现SCI的添加可以有效拓宽复合材料在高频段对电磁波的吸收频宽。Afghahi等将FCI,纳米CF和镧锶锰氧化物进行多元复合，发现镧锶锰氧化物及纳米CF含量的增加不仅减小了复合材料的密度，而且有效增强了其对电磁波的衰减性能，质量分数为30%的复合材料在厚度为2mm时在8～12GHz内的平均反射率为-8.75dB，而未添加镧锶锰氧化物时仅为约-5dB。Duan等将CF与SCI,炭黑以不同比例混合，制备以SCI/CF为匹配层、炭黑/CF为吸收层的双层吸波涂层，发现CF在吸收层的适量添加更有助于增强涂层的吸波性能。

炭黑/羰基铁复合吸波材料

炭黑具有质量轻、易分散、成本低、比表面积大、导电性能稳定持久等优点，在吸波材料中具有广泛的应用。炭黑/羰基铁复合吸波材料的研究主要集中在二者的掺杂共混。

Liu等制备了以炭黑和SCI为吸收剂的单层吸波涂层，随着炭黑或SCI含量、厚度的增加，涂层的吸收频带向低频移动，通过调节吸收剂的比例和涂层的厚度可以在不同的频段内获得较好的吸波性能。Qing等研究了炭黑含量对炭黑/SCI/环氧有机硅树脂复合材料介电性能的影响，采用幂律衰变和界面极化的概念解释了复合材料的介电常数随着炭黑含量的增加而增大、随着频率的增大在低频段快速减小、在高频段减小速度放缓的变化规律。Shen等将炭黑和SCI均匀分散在线性低密度聚乙烯基体中制备复合吸波材料，通过调整炭黑、SCI的含量和涂层厚度优化复合材料的吸波性能。Li等将羰基铁纳米粉、炭黑和聚亚安酯按质量比1∶3.2∶8混合制备复合吸波材料，在厚度为2mm时复合材料的吸波性能较未添加炭黑的复合材料有大幅的提升。Pinho等将炭黑/氯丁橡胶、SCI/氯丁橡胶和炭黑/SCI/氯丁橡胶复合材料的吸波性能对比后发现，炭黑和SCI复合后复合材料在8～18GHz内的反射率大幅降低，小于-10dB的反射率频带明显变宽，基本覆盖整个测试频段。Min等使用剪切力制备了相互平行分散的定向FCI/炭黑复合材料，由于界面极化作用，复合材料的介电常数随着炭黑含量的增加而增大。反射率计算结果表明，FCI的排列方向对降低吸波涂层厚度、增大吸收频带宽有重要作用。厚度为0.9mm、FCI和炭黑的质量分数分别为65%和3%的涂层小于-5dB的反射率频带宽达12.5GHz(5.5～18GHz)。Wang等和Chen等以SCI为匹配层吸波剂、炭黑为吸收层吸波剂制备双层吸波涂层，在拓宽有效吸收频带方面取得了较好的效果，后者还将SiO2添加到匹配层。由于阻抗匹配性能的进一步改善，涂层在2～4GHz的吸波性能显著增强，反射率峰值达-17.3dB。

 石墨/羰基铁复合吸波材料

石墨是最早被实际应用的吸波材料，早在20世纪40年代就用来填充在飞机蒙皮的夹层中吸收雷达波。石墨常被用来与高分子材料复合，以调节高分子复合材料的导电率，提高吸波效果。目前，石墨与羰基铁复合形式主要有表面包覆和掺杂共混。

Woo等采用两步湿法机械球磨，将羰基铁与石墨复合，获得羰基铁包覆的鳞片石墨复合材料，其制备过程如图7所示，质量分数为3%的石墨复合材料在2～8GHz具有较好的吸波性能。Xu等采用MOCVD法制备了核壳结构的石墨/羰基铁复合材料。由于引入了具有高介电损耗和磁损耗的羰基铁，复合材料的介电常数和磁导率较单一石墨有明显增加，吸波性能也进一步增强，涂层厚度为6mm和8mm时分别有最小反射率-25.14，-26.52dB。

图7 石墨/羰基铁复合材料制备过程

Tan等将石墨和SCI分散在氯磺化聚乙烯基体中制备不同厚度的复合吸波材料，发现厚度为1.5mm时复合材料具有优异的吸波性能。Xu等采用非涂装和涂装工艺分别制备了含FCI和石墨片的硅橡胶复合材料。非涂装工艺将混合的复合材料直接加入到环形模具中，片状颗粒被随机分散；涂装工艺是逐层加入混合的复合材料，每层的厚度为0.1～0.2mm，使得片状颗粒整齐定向排列。由于粒子的定向分布和两种吸收剂的相互作用，石墨/FCI复合材料具有较高的介电常数，在L波段(1～2GHz)有较强的吸波性能。Deng等以SCI和石墨为吸收剂在树脂基体中制备双层结构复合吸波材料。研究发现，在阻抗匹配层含20%SCI、吸收层含35%石墨的情况下达到最佳吸波性能，反射率峰值为-20.19dB，小于-10dB的反射率频带宽为7.3GHz。