青島大學：加點魚皮！製備優異的電磁波吸收材料

2020-10-05 材料material

能源與環境是世界上的熱點問題之一。在過去的幾十年中，電磁波已廣泛用於日常生活，工業生產，軍事和航空航天領域。然而，電磁輻射的增加不僅幹擾電子設備的正常使用，而且危害人類健康。此外，設備的便攜性要求更高的效率和更小的體積。因此，具有重量輕，匹配厚度薄，有效吸收帶寬寬，吸收能力強等優點的電磁波吸收材料的製備成為熱點。


在吸波材料中，鐵磁性金屬/碳類複合吸波材料由於其足夠的磁損耗和強介電損耗而成為熱點材料。在鐵磁性金屬中，氮化鐵因其出色的化學穩定性，出色的磁性和出色的飽和磁化強度而引起了廣泛關注。此外，具有特殊六方晶系的Fe3N由於其高飽和磁化強度，低成本和抗氧化性而被認為是一種有前途的鐵磁材料。但是，氨氣通常用於傳統的氮化物合成中。高風險因素和對人體的巨大危害表明氨氣是次要選擇。因此，開發低風險，無汙染的Fe3N製造方法具有重要意義。


近日，來自青島大學的研究人員以魚皮為原料製備Fe3N@C複合材料。在熱解過程中，魚皮中的胺基酸成為生成Fe3N的氮源，與其他報導相比，這是一種綠色且低風險的Fe3N製備方法。由於Fe3N具有出色的磁性，Fe3N@C複合材料表現出優異的磁損耗，從而具有優異的電磁波吸收性能，在2.2 mm的厚度下具有-77.6dB的優異反射損耗。通過改變Fe源的添加量，碳的石墨化程度同時發生變化。此外，在德拜理論的基礎上，作者詳細討論了石墨化程度對介電行為的影響。相關研究工作以「Dielectric behavior of Fe3N@C composites with green synthesis and their remarkable electromagnetic wave absorption performance」為題發表在國際著名期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上。


論文連結：

https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.08.087


總之，作者以魚皮中的胺基酸為氮源成功製備了Fe3N@C複合材料，這是製備Fe3N複合材料的綠色友好途徑。特別地，作者仔細地研究了磁損耗和介電損耗。磁損耗包含自然共振和交換共振，在衰減電磁能方面起著重要作用。此外，由於高石墨化程度，極高的導電損耗促進了電磁波的衰減，偶極子極化損耗也有助於吸收電磁波。結果，S-0.8樣品表現出優異的吸波性能，在2.2 mm的厚度下具有-77.6dB的優異反射損耗。此外，在2.7 mm的匹配厚度下，有效吸收帶寬可能高達7.76 GHz，從10.24 GHz到18 GHz。（文：one end）


圖1 Fe3N@C複合材料的合成過程示意圖


圖2形態，結構和基本特徵


圖3 電磁波吸收性能表徵


圖4 磁性表徵


圖5 介電性能表徵


圖6 吸波機理示意圖


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