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先进院科技在吸波材料研究领域的研究进展

Time:2022-01-15Number:1042

树枝状多层次铁基材料及其吸波性能曲线

   北京师范大学与北京理工大学和美国特拉华州立大学等高校合作,通过氧化还原等方法实现了从alpha-Fe2O3到Fe、Fe3O4 和gama-Fe2O3的相转变。转变后的铁基材料仍具有Alpha-Fe2O3的树枝状结构,且拥有优异的电磁波吸收性能。


二相与三相异质结构示意图

   在碳纳米管(CNT)表面/内部引入第二相、构造异质结构的方法常被用来提高材料对电磁波的介电损耗和磁损耗能力。北京理工大学曹茂盛教授(通讯作者)构造了Fe3O4/多壁碳纳米管(MWCNT)二相异质结构和聚苯胺(PANI)/ Fe3O4/MWCNT三相异质结构并比较了二者电磁波吸收性能的差异,使对异质结和吸波性能之间的关系的认识更加深入。

溶剂热法合成磁性石墨烯

   石墨烯因其高介电损耗特性可被作为电磁波吸收剂来使用,然而缺乏磁性及磁损耗能力这一缺点却限制了其应用。南京航空航天大学何建平教授(通讯作者)采用了较为简便的溶剂热法将磁性Fe3O4键合在石墨烯表面,合成除了层状磁性石墨烯。Fe3O4的引入不仅改善了阻抗匹配,还增加了磁损耗能力,使得电磁波吸收能力大幅度提高。

不同厚度下温度及填料含量对微波吸收性能的影响

    北京理工大学曹茂盛教授(通讯作者)团队制备了多壁碳纳米管(MWCNT)/二氧化硅(SiO2)复合材料,并研究了X波段(8.2-12.4GHz)内,温度(100-500℃)对材料介电及微波损耗行为的影响。结果表明:MWCNT含量和温度通过改变电子传递及电导率而影响材料的电磁波传输和损耗能力。此文不仅为设计微波损耗材料提供了一个技术方向,也表明了CNT基复合材料在微波损耗材料方面具有极大应用价值。

NiFe2O4纳米颗粒-石墨烯复合材料(a)和NiFe2O4纳米棒-石墨烯复合材料(b)的吸波性能

   北京理工大学赵芸(通讯作者)采用较为简便的一步水热法合成了NiFe2O4纳米棒-石墨烯复合材料,并研究了其吸波性能。该材料的磁饱和强度和矫顽力分别为22.5 emu g-1 和48.67 Oe。与NiFe2O4纳米颗粒-石墨烯复合材料相比,NiFe2O4纳米棒-石墨烯复合材料具有更优异的微波吸收性能。当厚度为2mm时,该材料的具有最小反射损耗(RL) -29.2 dB(16.1 GHz处)和有效吸收频宽(RL<-10)4.4GHz (13.6 - 18 GHz)。

核壳结构Fe3O4@C复合材料及其吸波性能

    哈尔滨工业大学杜耘辰(通讯作者)先在Fe3O4表面进行原位聚合,使酚醛树脂包覆其上,随后进行高温碳化处理,制备出了具有核壳结构的Fe3O4@C复合材料。此材料的壳体的厚度可通过聚合过程中改变间苯二酚的质量分数来调控。对该材料的吸波性能研究结果表明:在Fe3O4上包覆碳壳不仅提高了复介电常数,而且改善了阻抗匹配特性,产生了多重松弛过程从而提高了微波吸收能力。此外,在Fe3O4@C核壳结构中,一个优选的壳体厚度会产生特殊的介电行为,赋予材料更强的反射损耗。


γ-Fe2O3/RGO复合材料形貌及其吸波性能

    巨大的界面、高介电损耗和较低的密度等优点使得石墨烯可作为电磁波吸收剂来使用。但石墨烯的导电性和电磁参数较大,很难满足阻抗匹配的特性。西北工业大学殷小玮(通讯作者)采用溶剂热法将还原氧化石墨烯(RGO)纳米片与表面改性后的γ-Fe2O3胶体纳米簇结合。交替纳米簇组装在RGO表面的特殊结构赋予了这种二维杂化体较低的反射系数和较宽的有效频宽。而对电磁波的吸收主要来源于纳米颗粒簇之间的界面极化和RGO的电导损耗。


石墨烯泡沫的介电特性及其损耗机理

    南开大学化工系黄毅教授(通讯作者)采用冷冻干燥、高温碳化处理的方法制备出了三维石墨烯泡沫材料。多孔结构构建的三维导电网络赋予了该材料极宽的有效吸收频宽(60.5 GHz)和可调节的微波吸收特性。此外,该三维石墨烯泡沫还具有良好的可压缩性。


蒸汽扩散法制备CoFe2O4空心球/石墨烯复合材料及其机理

    北京理工大学赵芸(通讯作者)采用蒸汽扩散法并辅之以高温煅烧,制备出了CoFe2O4空心球/石墨烯复合材料。CoFe2O4空心球的直径在500nm左右,壳体厚度约50nm,该方法成功地将CoFe2O4空心球均匀地分散在石墨烯片表面,并赋予的复合材料良好的电磁波吸收性能。

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