In/C六边形纳米棒和石墨烯纳米片复合物的电磁波吸收性能研究

近年来,随着智能电子设备和高频无线通信技术的高速发展,电磁波辐射和污染问题受到越来越多的关注。如何消除电磁波辐射和污染已经成为当代研究的热点问题之一。电磁波吸收是解决电磁波辐射和污染的有效手段之一。金属有机骨架由于其密度低、机构新颖以及易制备等优点有利于电磁波吸收而被广泛地研究。在本文中,通过低温(450°C)热解金属铟有机骨架获得金属铟纳米颗粒/多孔碳(In/C)六边形纳米棒复合物。由于低的热解温度,使得In/C纳米棒电导率较低,从而导致对电磁波的介电损耗低。因此,为了提高In/C纳米棒的电导率,通过引入高电导率的石墨烯(graphene, Gr)纳米片来调节In/C纳米棒的电磁波吸收性能。研究结果表明,Gr纳米片的引入可以有效地改善In/C纳米棒的电磁参数,从而实现对电磁波的高效吸收。在1.30 mm厚度下,In/C-Gr-4复合材料对电磁波的最小反射损耗可以达到-43.7 dB。当厚度减小到1.14 mm时,In/C-Gr-4复合材料的最小反射损耗仍高达-39.3 dB,并且有效吸收带宽为3.7 GHz (从14.3到18.0 GHz)。因此,本工作表明In/C-Gr-4复合材料具有优异的电磁波吸收性能(即薄厚度下高的反射损耗和宽的有效吸收带宽)。     

原位制备核壳结构CoFe2O4@多孔碳球吸波性能研究

CoFe₂O₄具有良好的化学稳定性和磁损耗,可用于制备具有独特结构的电磁波吸收复合材料。在本研究中,通过原位制备将CoFe₂O₄磁性粒子引入中空多孔碳中,制备了具有核壳结构的CoFe₂O₄@碳空心球。本文研究了微观组织与电磁波吸收性能的关系。研究结果表明:通过构建多孔结构并调整多孔碳和CoFe₂O₄的比例,可以有效地协调磁损耗和介电损耗。CoFe₂O₄@多孔碳复合材料的最小吸收在5.8 GHz时达到?29.7 dB。此外,有效吸收带宽为3.7 GHz在厚度为2.5 mm。复合材料的微波吸收性能的提升是由于在材料引入多孔核壳结构和CoFe₂O₄磁性粒子。多孔结构与核壳结构之间的协调有利于提高复合材料衰减系数,并实现良好的阻抗匹配。同时,多孔核–壳结构增强了电磁波在多次散射和反射;并提供了大的固体–空界面和CoFe₂O₄–碳界面来诱导界面极化,增强电磁波极化损耗。此外,CoFe₂O₄磁性粒子的引入增强了自然共振、交换共振和涡流损耗的磁损耗。     

钛酸钡/还原氧化石墨烯纳米复合物的制备及其微波吸收特性

采用溶剂热法制备出BaTiO_3纳米颗粒,将不同质量的BaTiO_3纳米颗粒与氧化石墨烯(GO)进行复合,并在氩气保护下经过煅烧得到BaTiO_3/还原氧化石墨烯(BaTiO_3/RGO)纳米复合物.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段系统地表征了样品的物相结构以及表面形貌,并用矢量网络分析仪(VNA)测试样品的微波吸收特性.当制备的BaTiO_3/RGO纳米复合物中BaTiO_3的质量分数为80.9%时,纳米复合物展现了良好的微波吸收性能;当其厚度为2.0 mm时,在频率为10.48 GHz处的反射损耗达到-26.06 dB,且在9.32~11.54 GHz频段内反射损耗小于-10 dB.实验结果表明,BaTiO_3/RGO纳米复合物具有优异的电磁波吸收性能.     

聚吡咯/Fe_3O_4球形纳米颗粒制备及其吸波性能

采用一锅法制备聚吡咯/Fe_3O_4(PPy/Fe_3O_4)复合材料,研究不同聚合度的PVA对球形PPy/Fe_3O_4复合材料微观形貌及其吸波性能的影响规律.用透射电镜(TEM),X射线衍射仪(XRD),傅立叶-红外光谱仪(FT-IR)和矢量网络分析仪(VNA)等分析测试手段对制备的复合材料进行微观结构表征和性能研究.结果表明:当PVA聚合度为1 750时,PPy/Fe_3O_4复合材料呈规整球状,Fe_3O_4纳米粒子均匀负载在PPy表面;复合材料在6.5GHz、3.5mm厚度处反射损耗为-36dB,频宽为1.8GHz.     

Co掺杂对RGO/Fe3O4复合材料组织结构和吸波性能的影响

研究了Co掺杂对还原氧化石墨烯(RGO)/Fe3O4复合材料结构、形貌和吸波性能的影响规律.采用一步水热法分别制备RGO/Fe3O4和Co掺杂的RGO/Fe3O4复合材料,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析Co掺杂对复合材料的微观形貌、相组成及表面元素价态的影响;利用矢量网络分析仪测定两种复合材料在2～18GHz频率范围内的相对复介电常数和复磁导率,模拟计算了Co掺杂对RGO/Fe3O4复合吸波性能的影响规律.结果表明:部分Co参与了水热反应生成了CoCO3、Co3O4和Co2O3,还有部分Co以单质形式存在,其通过正负电荷吸引机制,影响Fe3+在氧化石墨烯(GO)表面的配位,使得负载在还原氧化石墨烯(RGO)表面的Fe3O4纳米颗粒部分迁移至RGO片层间;Co掺杂改善了复合材料的导电能力和磁损耗能力,使复合材料的吸波能力显著增强.反射率模拟结果表明:掺杂后与掺杂前相比,当匹配厚度d=2.00mm时,最大反射损耗提高3.44dB,有效吸收频带拓宽2.88GHz;当匹配厚度d=2.50 mm时,最大反射损耗提高8.45 dB,有效吸收频带拓宽2.73GHz.Co掺杂对RGO/Fe3O4复合材料的结构和形貌有显著影响,并有效改善复合材料的吸波性能.     

钼-钴氧化物中空纳米球/石墨烯复合结构的制备及其电磁性能

利用溶剂热结合煅烧法合成了空心球状的四氧化三钴和钼酸钴的复合氧化物纳米材料（Co₃O₄-CoMoO₄）,将其作为磁损耗材料,与石墨烯复合后进行了电磁性能测试,结果显示:复合后的材料具有更好的电磁波吸收能力,在2 mm时最小反射损耗值为?23.45 dB;吸收带宽为2.55 GHz;其有望成为一类具有“薄、强、轻、宽”优异特性的新型吸波材料．      

梯度羰基铁/碳纤维增强复合超材料的多尺度结构及超宽频电磁波吸收性能

先进电磁波吸收材料对薄厚度、轻重量、宽频带、强吸收等综合性能提出了更高要求。在此,我们提出了一种具有梯度电磁特性的新型层状台阶吸波超材料。通过在环氧树脂中分散不同含量的羰基铁和碳纤维来获得不同复介电常数和复磁导率的材料。通过对各层材料的电磁参数和几何尺寸实现宽频吸波性能的优化。在相同厚度和相同各层材料电磁参数条件下,平板层状结构在2.0–40 GHz范围内只能实现小于?6 dB的反射损耗,而本文设计的层状台阶超材料实现了小于?10 dB的电磁波吸收。此外,层状台阶超材料在11.2–21.4 GHz和28.5–40 GHz的频率范围反射损耗小于?15 dB。根据实验和仿真结果,本文讨论了多尺度结构协同效应所引起的多种电磁波吸收机制。因此,将多层结构和周期性台阶结构结结合获得新型的梯度吸收超材料,可为宽频电磁吸波材料的设计和研制提供新的思路。     

具有疏水、隔热和微波吸收性能的多功能Mo2C修饰的rGO气凝胶

还原氧化石墨烯（rGO）气凝胶因其丰富的导电网络和复杂的内部微观结构,以及与其他电磁衰减组分的良好兼容性,可以用作高效微波吸收材料,以缓解日益严重的电磁污染问题。然而,rGO气凝胶损耗单一,无法在自由空间中产生匹配良好的特性阻抗,使得电磁波难以在材料内部发生有效衰减。本文旨在开发一种具有多功能特性的Mo₂C修饰rGO气凝胶复合材料作为高效微波吸收材料。本文通过水热组装、冷冻干燥和高温热解过程,制备了Mo₂C纳米颗粒修饰的rGO气凝胶复合材料,研究了组成变化对复合材料形貌、结构和性能的影响。结果表明,当Mo₂C/rGO气凝胶质量填充为9%时,在7.3 GHz处最小反射损耗值可达到?63.3 dB,最大有效吸收带宽为5.1 GHz。优异吸波性能主要来自于Mo₂C纳米颗粒带来的衰减能力和阻抗匹配之间的良好平衡,尽管相对复介电常数随着Mo₂C负载的增加而逐渐减小导致介电损耗下降,但Mo₂C优化了电磁波入射界面处的阻抗匹配特性。引入Mo₂C纳米颗粒后,rGO气凝胶的疏水性和隔热性也得到了有效改善。本文中Mo₂C纳米颗粒对多功能特性的积极影响增强了Mo₂C/rGO气凝胶的环境适用性,使其成为多功能高性能微波吸收材料的候选材料。     

原位生长NiCo双金属增强多孔秸秆衍生生物碳复合材料的微波吸收性能

目前,人们对电磁污染的保护意识逐渐增强,并且具有可再生性和环境友好性的吸收材料也引起人们的广泛关注。在这项工作中,通过高温碳化和水热反应的方法,我们成功制备了由秸秆衍生的生物碳与双金属NiCo组成的复合材料。通过改变镍钴合金的含量可以改变多孔生物碳/镍钴合金复合材料的电磁参数,改善其微波吸收性能。另外,其微波吸收性能的提高主要归功于电磁特性的协同效应,其中包括介电损耗（界面极化、偶极子极化）和磁损耗。值得注意的是,生物碳/NiCo复合材料的最小反射损耗值在2.2 mm厚度下可达?27.0 dB,对应的吸收带宽(RL≤?10 dB)可达4.4 GHz (11.7~16.1 GHz)。这些结果表明,多孔生物碳/镍钴复合材料具有密度低、重量轻、导电性好、吸收能力强、阻抗匹配良好等特点,因此,这种复合材料可以作为新一代的吸波材料。     

Fe填充碳纳米管微波吸收材料的研究

实验采用二茂铁热分解原位沉积法制备了金属Fe填充碳纳米管复合雷达吸波材料.高分辨透射电镜观测证实了Fe在碳纳米管内的填充发生,填充的金属Fe在碳纳米管内呈准连续的纳米线.采用HP8722ES矢量网络分析仪测量了样品在2～18 GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率.采用吸收屏理论公式计算材料反射率损耗、匹配频段及匹配厚度.结果表明,样品反射损耗随吸收层匹配厚度的增大,吸收峰向低频方向迁移.吸收层在Ku波段具有较好的吸波效果.当吸收层匹配厚度为3.5 mm时,在中高频范围内,反射衰减最大达-22.73 dB,反射衰减小于-10 dB的频宽达4.22 GHz.     

ZIF-8衍生的ZnO与RGO复合材料的制备及其电磁波吸收性能

以ZIF-8与氧化石墨烯(GO)为前驱体,采用溶剂热法和碳化法得到ZnO/RGO复合材料.用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜测试手段,对制备的ZnO/RGO复合材料的结构与物相进行表征,用矢量网络分析仪测量复合材料的电磁参数(复介电常数和复磁导率),通过反射损耗(RL)公式得到不同厚度样品的RL值.结果表明:煅烧温度为700℃的样品在2~18GHz具有良好的吸波性能;吸波层厚度为4mm、频率为17.2GHz时,RL小于等于-10dB的频率宽为1.0GHz(16.8~17.8GHz),此时的RL达到最小值-22.9dB.     

非晶态CNTs修饰PyC超轻宽频吸波材料

对于吸波材料来说,特定频率下材料对电磁波的吸收值不断突破,但提高整个波段吸收性能仍是挑战。本文采用模板法合成了三维多孔热解碳(PyC)泡沫基体,在其表面原位生长非晶态碳纳米管(CNTs),获得密度为22.0 mg·cm?3的超轻CNTs/PyC泡沫。原位生长的非晶CNTs在基体内部分布均匀,获得丰富的界面和适中的电导率,可满足阻抗匹配要求,并且通过调控催化生长时间增强了复合材料的界面极化和电导损耗。当电磁波进入CNTs/PyC泡沫材料的内部孔道时,界面极化损耗、电导损耗和多重反射机制可协同衰减电磁波能量。获得的CNTs/PyC泡沫对电磁波的最小反射率为?29.6 dB,在整个X波段的反射率均低于?13.3 dB。研究结果为X波段内超轻、宽频强吸波材料的研究提供了思路。     

X带吸波涂层的无反射曲线法设计

本文根据电磁波吸收原理,以环氧树庸为基材,炭黑为吸收剂,采用无反射由线方法对X带单涂层电磁波吸收材料进行了设计与翻备.研究表明,炭黑浓度为0.086g/ml,厚度为2.6mm的涂层,在X带(8～12GHz),-10dB吸收带宽达到55%以上,最大吸收为-17dB.本研究对设计与制备不同频带电磁波吸收涂层具有重要的参考价值.     

通过物相和形貌演变提升多级结构CF@NiO/Ni复合材料的吸波性能

轻质和高效的碳基微波吸收剂在解决日益严重的电磁污染方面具有重要意义。为了解决单一碳纤维材料阻抗匹配差和损耗机制单一的缺点,本文采用水热法和退火处理方法,在碳纤维上原位制备了具有可调控物相和形貌的多级结构NiO/Ni纳米片阵列。结果表明,随着退火温度的增加,NiO/Ni体系中金属Ni的含量增加不仅增强了磁损耗同时也改善了阻抗匹配。另外,NiO/Ni纳米片呈现出明显的多孔结构。NiO/Ni、NiO/C、 Ni/C丰富的界面结构有助于极化损耗的增强。得益于三维导电网络、多级异质结构、强偶极子/界面极化、多重散射和良好的阻抗匹配等优点,最佳样品CF@NiO/Ni-500仅在3wt%填充量下,最小反射损耗达到-43.9 dB,有效的吸收带宽高达5.64 GHz。此外,雷达散射截面的仿真结果表明CF@NiO/Ni复合涂层能够有效抑制电磁波散射。本研究不仅丰富了碳纤维基吸波材料的结构设计与调控研究,也为碳基吸波材料的轻质宽频研究提供了新思路。     

W型锶铁氧体/片状Co微晶双层吸波涂层特性

水热法合成片状Co微晶材料,其在2~18GHz频段具有高介电常数和大的介电损耗.将片状Co微晶与W型锶铁氧体构成阻抗渐变的双层吸波涂层,对在2~18GHz频段其反射损耗随着各层厚度的变化关系进行表征.结果表明,双层吸波涂层具有涂层薄、吸收强和频带宽特性.如:当钴涂层和W型锶铁氧体涂层的厚度分别为0.8、1.2 mm时,最大反射损耗达到-50dB;反射损耗小于-8dB时的频带为8.64~12.08GHz.     

纳米La0.8Ba0.2MnO3/Ni粉复合体系的微波吸收性能

采用溶胶-凝胶法制备La0.8Ba0.2MnO3 粉体,并与纳米Ni 粉按不同质量比复合,制得复合材料样品.测量样品在2～18 GHz 频率范围内的复介电常数、复磁导率并计算微波反射系数,分析不同组分对材料微波吸收性能的影响及其可能的吸收机制.研究结果表明复合体系比单一组分样品具有更好的吸收效果;当La0.8Ba0.2MnO3含量为62.5%时,材料微波吸收效果最佳;当样品厚度为2 mm 时,大于10 dB 的吸收频宽达到3.6 GHz,最大吸收峰值为24 dB;当样品厚度为1.8 mm 时,大于10 dB 的吸收频宽达到3.3 GHz,最大吸收峰值为44 dB;LaMnO3在A 位掺杂Ba2 ,其电磁性能将发生变化,再与磁性纳米Ni 粉复合,介电损耗和磁损耗的综合作用能使体系的微波吸收效能显著加强.     

新型球磨辅助化学沉淀–煅烧法制备电磁吸波性能优异的Co@CuFe2O4复合材料

为解决日益增长的电磁辐射危害,利用球磨辅助化学沉淀-煅烧法制备了较低材料厚度下具有优异阻抗匹配性质的Co@CuFe₂O₄吸波剂。由于扁平状Co片与大量CuFe₂O₄粒子充分接触,所制备复合材料具有很好的界面极化能力。除了片状Co能提供优异的涡流损耗以外,偶极极化、电荷跃迁与传导、结构散射等同样有助于复合材料宽频吸波的实现。材料厚度仅为1.8 mm时,最大微波吸收损耗在频率为12.93 GHz处可达到?35.56 dB,且最宽的有效吸波带宽可在材料厚度为1.72 mm时达到6.74 GHz。文中所报道的制备方法可作为性能优异的电磁吸波剂的研制提供一种新型途径。     

回收利用煤气化残渣制备新型微Fe/C复合微波吸收材料

在全球能源结构转型的背景下,煤气化技术展现出广阔应用前景,但其副产品煤气化残渣（CGR）仍未得到有效的回收利用。煤气化残渣含有丰富的碳成分,因此可以考虑作为碳基载体应用于微波吸收领域。在本研究中,通过浸渍Fe3+和还原反应制备了Fe/CGR复合微波吸收材料,并研究了磁性组分Fe的负载量对复合材料形貌和电磁性能的影响。此外,调整硝酸铁溶液的浓度,可以合理调控Fe/CGR复合材料的磁性成分负载量及其表面结构形貌。从扫描电镜照片可以看到Fe颗粒均匀地嵌入在CGR基体上,有效增加了复合材料的界面,进而增强了界面极化,进一步提高了复合材料的微波吸收性能。当Fe3+浓度为1.0 mol/L时,Fe/CGR复合材料表现出了优异的吸波性能,在涂覆厚度为2.5 mm时,最小反射损耗值可达?39.3 dB,当涂覆厚度为1.5 mm时对应的有效吸收带宽高达到4.1 GHz。本研究最终获得了兼具阻抗匹配和吸波性能的材料简易制备工艺与资源回收利用方法,所制备的Fe/CGR复合吸波材料不仅提升了CGR的回收率,而且也为微波吸收材料的合成开辟了一条新途径。     

蛋黄-蛋壳结构Fe_3O_4@NC纳米立方体的制备及其吸波性能

以Fe_2O_3纳米立方体为模板剂,通过盐酸多巴胺原位聚合及煅烧处理制备了氮掺杂碳包裹Fe_3O_4(Fe_3O_4@NC)核壳结构立方体,进一步通过控制盐酸蚀刻Fe_3O_4的时间,得到新颖的蛋黄-蛋壳结构Fe_3O_4@NC纳米吸波材料.通过对其形貌、组成、磁性能及电磁特性的表征,讨论了结构对产物吸波性能的影响及该复合体系的吸波机理.结果表明:由于强的自然共振、交换共振、涡流损耗、多重介电弛豫和优异的匹配特性,蛋黄-蛋壳结构Fe_3O_4@NC在2～18 GHz频段展示了优异的低频、高频、宽带、高吸收特性;当匹配厚度为2 mm时,对应有效吸收带宽为4.24 GHz;其最大反射损耗为-22.0 dB(14.38 GHz).此类蛋黄-蛋壳结构Fe_3O_4@NC复合材料在电磁波吸收领域具有广泛的应用研究前景.     

纳米Fe3O4/PANI复合体系的微波电磁特性研究

用原位化学反应生成法制备了纳米Fe3O4/PANI复合材料,研究了样品在2~18 GHz范围的微波电磁特性与吸收性能以及复合材料组分对电导率、密度的影响.结果表明,Fe3O4颗粒尺寸约12.7 nm,Fe3O4在复合体系中的质量分数为35%左右时,电导率最大,密度相对较低,微波吸收率最高,吸收峰值为-21 dB,-10 dB频宽大于4 GHz,样品同时具有电损耗和磁损耗.可见,通过优化设计,纳米Fe3O4/PANI复合体系可以成为一种性能优良的微波吸收材料.