日益嚴(yán)峻的電磁污染對(duì)人類健康,電子安全和國(guó)防安全等造成了嚴(yán)重危害。為了解決這一問(wèn)題,人們一直致力于研究具有強(qiáng)吸收、寬屏帶和輕量薄層等優(yōu)點(diǎn)的吸波材料。

最近,電磁波吸收理論與材料制備技術(shù)的進(jìn)展表明優(yōu)良的吸波性能得益于合理設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu),如多孔、核殼和三明治結(jié)構(gòu)等。然而,目前市場(chǎng)的吸波材料微結(jié)構(gòu)構(gòu)筑仍然存在諸多問(wèn)題,如制備過(guò)程復(fù)雜和成本高等。此外,結(jié)構(gòu)對(duì)于吸波性能的影響規(guī)律仍有待研究。

我們先進(jìn)院科技采用簡(jiǎn)單的方法與價(jià)格低廉的原材料制備了多種具有不同結(jié)構(gòu)的高性能吸波材料,并且深入研究了不同結(jié)構(gòu)對(duì)于吸波性能的影響。

主要內(nèi)容詳述如下:

(1)通過(guò)一步碳化天然生物質(zhì)制備了一系列具有卓越吸波性能的多級(jí)孔碳材料。在碳化過(guò)程中,生物質(zhì)固有的堿金屬元素原位刻蝕碳材料產(chǎn)生納米孔結(jié)構(gòu),同時(shí)生物質(zhì)天然組織的微米孔結(jié)構(gòu)被部分保留,因此形成多級(jí)孔結(jié)構(gòu)。在所有樣品中,菠菜莖衍生多級(jí)孔碳的更大反射損耗(RL_(max))高達(dá)-62.2dB,有效吸收帶寬(EAB)達(dá)到7.3 GHz。此外,以不同季節(jié)成熟的菠菜莖為前驅(qū)體制備的多級(jí)孔碳材料吸波性能相似,表明該材料優(yōu)良的可重復(fù)性。研究發(fā)現(xiàn),多尺度孔的疊加效應(yīng)賦予了多級(jí)孔碳材料優(yōu)良的吸波性能。

(2)通過(guò)簡(jiǎn)單的刻蝕—聚合法制備了具有卓越吸波性能的Fe_3O_4@聚吡咯(PPy)核殼復(fù)合微球。以預(yù)制備的Fe_3O_4微球?yàn)槟０?通過(guò)鹽酸刻蝕在微球表面形成的大量Fe~(3+)引發(fā)吡咯單體的原位聚合,因此形成核殼結(jié)構(gòu)。PPy殼的厚度與Fe_3O_4核的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以通過(guò)調(diào)整刻蝕時(shí)間準(zhǔn)確地調(diào)控。當(dāng)刻蝕時(shí)間僅為5分鐘時(shí),樣品的RL_(max)達(dá)到-41.9dB,EAB覆蓋整個(gè)Ku波段(12.0-18.0GHz),匹配厚度為2.0 mm。這一優(yōu)異的吸波性能主要來(lái)自于聚吡咯殼引發(fā)的強(qiáng)介電損耗。

(3)通過(guò)簡(jiǎn)單的方法制備了三明治型碳/FeO_x/石墨烯三元復(fù)合材料。將蜜胺海綿浸漬在氧化石墨烯和Fe(NO_3)_3的混合溶液中,然后干燥并在氮?dú)鈿夥障绿蓟?。在熱解過(guò)程中,海綿的多孔結(jié)構(gòu)被保留,氧化石墨烯被還原并搭載在碳骨架上,同時(shí)硝酸鐵反應(yīng)形成鐵氧化物微米或納米顆粒附著在還原氧化石墨烯上,因此三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料形成。所制備的樣品RL_(max)達(dá)到-51.2dB,EAB為8.7GHz,覆蓋了整個(gè)Ku波段和大部分X波段(8.0-12.0 GHz)。研究證明該材料優(yōu)異的吸波性能來(lái)自于三明治結(jié)構(gòu)所增強(qiáng)的界面極化弛豫與電磁波多重反射。

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