哈工大《Carbon》：一種高性能電磁波吸收材料

2020-08-09 材料material

微波吸收是一種針對嚴重電磁汙染的高級且可持續的策略，因為它建立在電磁能量的有效轉換上，而不是傳統的反射原理。以這種技術，微波吸收材料（MAMS）已經得到了廣泛的關注，並進行了深入研究。眾所周知，電磁波是由空間中相同且相互垂直的電場和磁場產生的，這確定了它們的傳播可以通過與電或磁分支相互作用而終止。因此，常規MAMS通常分為介電損耗和磁損耗的介質。


高性能MAM的流行模型是將電介質和磁組件組合在一起，以便所製備的複合材料可以受益於互補的損耗機制和顯著的協同效應。在所有類型的複合材料中，磁性金屬和碳材料的組合一直被視為減輕EM汙染的最有效方法之一。一方面，磁性金屬粒子可以提供出色的磁損耗，另一方面，碳基質具有可調節的介電特性和可設計的微觀結構。在磁性金屬/碳複合材料製備中的焦點是優化化學組成和微觀結構，將增強其微波吸收性能。


合理優化材料組分和微觀結構對於促進磁性碳基複合材料在微波吸收方面的應用很有幫助。近日，哈爾濱工業大學Yunchen Du（通訊作者）等研究人員通過溶劑熱反應，然後進行高溫熱解，合成出具有可調化學組分的均勻Co/C微球。這些Co/C微球可以產生優異的微波吸收性能，尤其是對於Co/C-1.0（葡萄糖與硝酸鈷的重量比為1.0），其強的反射損耗RL和有效吸收寬帶也優於那些類似的複合材料，最低RL值達到-71.3 dB，有效吸收帶寬為14.2 GHz。可以相信，這項工作可以為製備具有所需微觀結構和化學組分的磁性碳基複合材料提供新的策略！這項研究工作以「Dual functions of glucose induced composition-controllable Co/C microspheres as high-performance microwave absorbing materials」為題發表在國際著名期刊《Carbon》上。

論文連結：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622320306655


這種簡單的策略極大地受益於葡萄糖的雙重功能。一方面，葡萄糖是葡糖酸鹽的來源，葡糖酸鹽是與Co離子絡合併產生均勻的Co-葡糖酸鹽微球的有機配體，另一方面，葡萄糖可以轉化為碳納米顆粒並容納在Co-葡糖酸鹽微球中。與純金屬Co顆粒相比，最終的Co/C微球顯示出完全不同的電磁性能。碳組分的存在和Co納米顆粒的高分散性引起介電損耗和磁損耗增強。


圖1. Co/C-0（a），Co/C -0.5（a），Co/C -1.0（c），Co/C -2.0（d）和Co/C -3.0（e）的SEM圖像，以及它們相應的XRD圖


圖2.Co/C-0（a），Co/C -0.5（a），Co/C -1.0（c），Co/C -2.0（d）和Co/C -3.0（e）的TEM圖像，以及Co/C-1.0的高解析度TEM圖像


圖3 Co/C微球製備方法示意圖


圖4電磁參數表徵


圖5 反射損耗RL圖


總而言之，作者成功地製備了一系列以Co-葡糖酸鹽為自犧牲前體的均勻Co/C微球。在Co-葡糖酸鹽的溶劑熱反應過程中，葡萄糖是葡糖酸鹽和碳納米顆粒的來源。發現所得的碳納米顆粒被容納在最終的Co-葡糖酸鹽微球中，因此，可以通過葡萄糖與硝酸鈷的重量比容易地調節這些Co/C微球的化學組成。微觀結構和化學成分的優化帶來了介電損耗和磁損耗的顯著改善。當葡萄糖與硝酸鈷的重量比為1.0時，複合材料Co/C-1.0呈現優異的微波吸收性能，其RL強度和有效吸收帶寬可以達到-71.3 dB和14.2 GHz，分別。這樣的性能也優於先前研究中的許多類似複合材料。（文：one end）


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