通过石墨烯材料的微结构的设计来优化石墨烯微波吸附性能

通过石墨烯材料的微结构的设计来优化石墨烯微波吸附性能

随着微波技术在卫星通信、雷达探测、信息安全与微波加热等诸多领域的快速发展，微波吸附材料和技术越来越受到研究人员的广泛关注。石墨烯具有超高比表面积、可调电导率、低密度、高稳定性和优良可加工性等特点，被视为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远低于期望值。


浙江大学高超教授课题组发表了题为“Porous Graphene Microflowers for High-Performance Microwave Absorption”的研究文章，提出了一种新的提高石墨烯吸附性能的思路，即通过石墨烯材料的微结构的设计来优化其微波吸附性能。此研究工作利用3D多孔褶曲的石墨烯结构构建3D导电网络，同时实现对微波的多重反射损耗。


采用了喷射干燥（氧化石墨烯）-化学预还原-退火还原三步法制备了3D结构的石墨烯微米花，比表面积高达230 m2/g，而密度只有40–50 mg/cm3。微波吸附测试结果研究发现其有效吸收带宽达到5.59 GHz，最低反射损耗为-42.9 dB，性能指标优于纯石墨烯和目前文献报道的大部分石墨烯基材料。


此外，还具有低填充量（——10%）、廉价、超低密度等特性，具有较强的实际应用前景。该研究提供了一条通过结构设计来调控微波吸附材料性能的新思路。


图文导读

通过石墨烯材料的微结构的设计来优化石墨烯微波吸附性能

图1 a）石墨烯微米花（Gmfs）的形成过程示意图。b,c） Gmfs的SEM图。图片为20 mL瓶中0.4g Gmfs粉末的数字图像。d,e）单个Gmfs的TEM图像。

通过石墨烯材料的微结构的设计来优化石墨烯微波吸附性能

图2 a）Gmfs的N2吸附/脱附曲线。内插图片是计算的孔径分布。b）商品化石墨烯（CG）的N2吸附/脱附曲线。内插图片是计算的孔径分布。c）Gmfs和CG的拉曼光谱。d）Gmfs的XRD图。

通过石墨烯材料的微结构的设计来优化石墨烯微波吸附性能

图3 a,b）具有不同填料含量的Gmfs /石蜡复合材料的介电常数的实部和虚部。c,d）具有不同填料含量的CG /石蜡复合材料的介电常数的实部和虚部。

通过石墨烯材料的微结构的设计来优化石墨烯微波吸附性能

图4 a）不同厚度的10wt％Gmfs /石蜡复合物的反射损耗。b）不同厚度的8wt％CG /石蜡复合物的反射损失。c）不同填料含量下的Gmfs /石蜡和CG /石蜡的EABs。d）比较最大| RL |和研究中报道的Gmf/石蜡和CG /石蜡的EAB。

通过石墨烯材料的微结构的设计来优化石墨烯微波吸附性能

图5 a）不同填料含量的Gmfs /石蜡的正切损耗。 b）不同填料含量的CG /石蜡的正切损耗。c）在13,15和18GHz下10wt％Gmfs /石蜡和8wt％CG /石蜡的实部和虚部。 彩色圆圈代表ε‘和ε“的合理范围，使RL在相应频率下低于-10 dB。d）Gmfs的微波吸收（MA）机制示意图。

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