東華大學《Carbon》多孔碳納米膜，優異電磁波吸收性能

由於隱身技術的迅速發展和日常生活中電子設備的使用日益增加，電磁波吸收（EMWA）材料受到了廣泛關注。高效EMWA材料被廣泛應用於軍事通信衛星、防禦X波段跟蹤、高頻成像雷達、衛星數字數據傳輸。目前，一些磁性和介電材料可廣泛用於準確改善EMWA樣品的吸波性能。但是，某些磁性材料（如磁性微球）具有EMWA頻率範圍窄、易自然氧化以及密度大的缺點，極大地限制了其實際應用。

為了滿足實際應用的需求，必須考慮EMWA樣品的一些特性，例如高效率、寬頻率範圍、更輕質和在惡劣環境下的高穩定性。致力於開發輕巧高效的EMWA材料，具體而言，可以使用某些材料，例如磁性金屬和鐵氧體、碳基材料、二維（2D）過渡金屬碳化物和其他材料來製備EMWA材料。最近，石墨烯和石墨烯基複合材料表現出優異的機械、光學和電學完整性，這歸因於其高柔韌性和內部多重反射。這些材料可以顯著吸收電磁波，並將電磁能量轉化為熱能。此外，EMW阻抗匹配是增強EMWA性能的另一個重要因素。磁性和介電材料的適當組合可以實現吸波材料和自由空間之間良好的阻抗匹配。通過適當的阻抗匹配，可以控制EMW能量的耗散，以實現優異的吸波性能。

近日，東華大學材料科學與工程學院Bin Ding課題組研究人員通過電紡絲工藝和隨後煅燒處理製備了結合還原氧化石墨烯（rGO）和磁性納米顆粒的多孔碳納米纖維（CNFs）複合膜。該複合膜由於其特殊的多孔結構和最終樣品中引入的成分而顯示出高效率的吸收能力。在5.84 GHz時，最低反射損耗RL值為-43.60 dB，匹配厚度為5mm。這項工作中納米纖維複合材料的製備為製造先進的EMW吸波材料提供了一個新的方向，可實現廣泛應用。這項研究工作以「A hybrid comprised of porous carbon nanofibers and rGO for efficient electro magnetic wave absorption」為題發表在國際著名期刊《Carbon》上。

論文連結：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622319311303

圖1 複合材料的製備示意圖

圖2複合膜的SEM表徵

圖3複合膜的TEM表徵

圖4 在2–18 GHz頻率範圍內，樣品的相對復介電常數（a，b）和磁導率（c，d）的頻率依賴性

圖5 吸波性能測試

綜上所述，作者使用電紡絲和煅燒技術製造了結合rGO和磁性鈷鐵納米顆粒的複合多孔碳納米纖維膜。所生產的樣品用作EMWA材料，並在寬頻率範圍內表現出優異的吸收能力。最低的反射損耗RL值在5 mm的厚度下為-43.60 dB。磁性納米粒子和rGO納米片的高濃度可以增加整個複合材料的電導率，有利於吸收更多的電磁波。此外，複合材料中CNF表面的多孔結構和rGO納米片可以產生多重反射效應，有利於電磁波衰減。這種材料在民用和軍用領域都有很大的應用潛力。（文：one end）

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