通過(guò)石墨烯材料的微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化石墨烯微波吸附性能
通過(guò)石墨烯材料的微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化石墨烯微波吸附性能
隨著微波技術(shù)在衛(wèi)星通信、雷達(dá)探測(cè)、信息安全與微波加熱等諸多領(lǐng)域的快速發(fā)展，微波吸附材料和技術(shù)越來(lái)越受到研究人員的廣泛關(guān)注。石墨烯具有超高比表面積、可調(diào)電導(dǎo)率、低密度、高穩(wěn)定性和優(yōu)良可加工性等特點(diǎn)，被視為理想的微波吸附材料之一。然而，目前石墨烯基材料的微波吸附性能遠(yuǎn)低于期望值。
浙江大學(xué)高超教授課題組發(fā)表了題為“Porous Graphene Microflowers for High-Performance Microwave Absorption”的研究文章，提出了一種新的提高石墨烯吸附性能的思路，即通過(guò)石墨烯材料的微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化其微波吸附性能。此研究工作利用3D多孔褶曲的石墨烯結(jié)構(gòu)構(gòu)建3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)微波的多重反射損耗。
采用了噴射干燥（氧化石墨烯）-化學(xué)預(yù)還原-退火還原三步法制備了3D結(jié)構(gòu)的石墨烯微米花，比表面積高達(dá)230 m2/g，而密度只有40–50 mg/cm3。微波吸附測(cè)試結(jié)果研究發(fā)現(xiàn)其有效吸收帶寬達(dá)到5.59 GHz，最低反射損耗為-42.9 dB，性能指標(biāo)優(yōu)于純石墨烯和目前文獻(xiàn)報(bào)道的大部分石墨烯基材料。
此外，還具有低填充量（——10%）、廉價(jià)、超低密度等特性，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用前景。該研究提供了一條通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)控微波吸附材料性能的新思路。
圖文導(dǎo)讀
通過(guò)石墨烯材料的微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化石墨烯微波吸附性能
圖1 a）石墨烯微米花（Gmfs）的形成過(guò)程示意圖。b,c） Gmfs的SEM圖。圖片為20 mL瓶中0.4g Gmfs粉末的數(shù)字圖像。d,e）單個(gè)Gmfs的TEM圖像。
通過(guò)石墨烯材料的微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化石墨烯微波吸附性能
圖2 a）Gmfs的N2吸附/脫附曲線。內(nèi)插圖片是計(jì)算的孔徑分布。b）商品化石墨烯（CG）的N2吸附/脫附曲線。內(nèi)插圖片是計(jì)算的孔徑分布。c）Gmfs和CG的拉曼光譜。d）Gmfs的XRD圖。
通過(guò)石墨烯材料的微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化石墨烯微波吸附性能
圖3 a,b）具有不同填料含量的Gmfs /石蠟復(fù)合材料的介電常數(shù)的實(shí)部和虛部。c,d）具有不同填料含量的CG /石蠟復(fù)合材料的介電常數(shù)的實(shí)部和虛部。
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圖4 a）不同厚度的10wt％Gmfs /石蠟復(fù)合物的反射損耗。b）不同厚度的8wt％CG /石蠟復(fù)合物的反射損失。c）不同填料含量下的Gmfs /石蠟和CG /石蠟的EABs。d）比較最大| RL |和研究中報(bào)道的Gmf/石蠟和CG /石蠟的EAB。
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圖5 a）不同填料含量的Gmfs /石蠟的正切損耗。 b）不同填料含量的CG /石蠟的正切損耗。c）在13,15和18GHz下10wt％Gmfs /石蠟和8wt％CG /石蠟的實(shí)部和虛部。 彩色圓圈代表ε‘和ε“的合理范圍，使RL在相應(yīng)頻率下低于-10 dB。d）Gmfs的微波吸收（MA）機(jī)制示意圖。
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