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《J. Mater. Sci. Technol.》:花形FeS修饰的层级石墨烯@MXene复合泡沫微波吸收性能研究

来源:石墨烯联盟|

发表时间:2022-09-22

点击:3678

文章来源:江南大学


随着电子通讯技术在商业和军事领域的广泛应用,电磁干扰和电磁辐射问题日益严重,直接影响着人类的身心健康和电子设备的正常运行。因此,设计和组装具有高性能的微波吸收材料正在成为当今社会研究的热点之一。相比于传统的铁氧体、陶瓷类吸波材料密度大、难加工、易腐蚀等缺点,多孔石墨烯基碳材料以其巨大的比表面积、高载流子迁移率,低密度等优点在微波吸收领域展现出更加广阔的应用前景。然而,三维石墨烯基导电复合气凝胶或泡沫的构筑多数是采用氧化石墨烯(GO)为前驱体,通过交联或自组装的方式首先获得还原氧化石墨烯(rGO)气凝胶或泡沫,随后借助高温热退火获得最终产品。较长时间的高温退火处理,一方面,不可避免地引起复合材料力学性能的降低,另一方面,将会引起严重的高能源消耗问题。因此,如何通过石墨烯基泡沫材料的微观结构设计在相对低温低能耗条件下实现高性能微波吸收材料的制备就变的尤为重要。


鉴于此,江南大学纳米复合与能源材料研究中心刘天西教授课题组报道了一种花形FeS修饰的石墨烯@MXene复合泡沫。首先,以水热方式制备还原氧化石墨烯泡沫基体,并采用静电自组装方式负载MXene导电涂层;随后再在还原氧化石墨烯@MXene泡沫骨架上通过水热自组装方式负载一层磁性花形FeS纳米团簇。研究发现,与还原氧化石墨烯泡沫相比,MXene导电涂层和花形磁性FeS团簇的引入和合理构建有利于泡沫材料的表面阻抗匹配和衰减特性的优化,从而使得更多入射电磁波能够进入材料内部进行有效耗散。在室温条件下, rGO/MXene/FeS复合泡沫在厚度为4.78 mm,频率为7.85 GHz时,展现出最优化的最小反射损耗值:-47.17 dB,性能远优于商用微波吸收材料(-10 dB)。与此同时,其对应的有效吸收带宽(< -10 dB)可以达到6.15 GHz(6.41-12.56 GHz),吸收波段覆盖C, X, Ku波段。更重要的是,调整MXene的浓度或者热处理温度可以进一步优化复合泡沫的层级阻抗分布和衰减特性,进而赋予复合泡沫更加优异的微波吸收强度和吸收带宽。尤其是,当热处理温度为300 ℃,MXene浓度为30 mg/mL时, 复合泡沫的最小反射损耗值能够进一步降低到-50.68 dB,此时对应的最大有效吸收带宽(< -10 dB)可以达到11.20 GHz(6.10-17.30 GHz)。如此优异的微波吸收性能使得rGO/MXene/FeS复合泡沫有望成为极具竞争优势的微波吸收材料。


本论文第一作者为2021级博士生李双双,通讯作者为王子成副教授和刘天西教授。


GN/MXene/FeS磁性复合泡沫吸波性能图


封面来源于图虫创意


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