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大连工业大学:基于石墨烯、碳纳米管和Fe3O4多维复合材料的电磁吸收特性优化
出处:材料分析与应用  录入日期:2024-03-29  点击数:206

  1成果简介
  优异的电磁波损耗和阻抗匹配是高性能电磁波(EMW)吸收材料的典型特征。改变各种吸波材料的成分比例和多维组合是提高吸波性能的最佳方法之一。本文,大连工业大学周兴海、吕丽华 副教授团队《Polymer Composites》期刊发表名为“Optimization of electromagnetic absorption properties based on graphene, carbon nanotubes, and Fe3O4 multidimensional composites”的论文,研究采用便捷的物理混合方法,将三种不同尺寸的吸波材料组合在一起,成功制备了石墨烯/碳纳米管/Fe3O4(G/C/Fe3O4)/石蜡复合材料。一维(1D)管状碳纳米管(CNTs)穿透二维(2D)片状石墨烯形成强大的三维(3D)导电网络,在不引入零维(0D)磁性纳米氧化铁(Nano-Fe3O4)的情况下增强了界面极化。
  然而,由于其显著的介电特性,石墨烯/碳纳米管(G/C)石蜡复合材料显示出较低的阻抗匹配和电磁波吸收特性。在质量比为 1:1 时,石墨烯/碳纳米管/石蜡复合材料的理想反射损耗 (RL) 为 -11.99 db,阻抗匹配值为 0.59。添加Fe3O4改善了阻抗匹配和电磁波损耗性能,并促进了非均质界面的形成,改善了界面极化和反射。G/C/Fe3O4/ 石蜡复合材料的质量比为 1:1:6,填充率为 20%,其最佳反射损耗为 -37.2 dB,有效吸收带宽为 4.16 GHz。这项工作切实、快速地优化和提高了电磁波材料的性能,为高性能电磁波吸收材料的广泛应用提供了研究方法。
  2图文导读 


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  图1、不同结构的EMW吸收材料的建模与应用.


QQ截图20240329093346.jpg


  图2、具有不同结构的吸波复合材料。


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  图3、复合材料的样品制备程序。

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  图4、(A)内部结构模型的G/C/石蜡复合材料,(B1-b3(C)复介电常数的实部、(D)虚部、(E)介电损耗正切和(F)磁损耗正切的频率依赖性。


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  图5、G/C/Fe3O4/石蜡复合材料的(A)内部结构模型,(B1-B3)SEM。(C)复介电常数实部,(D)虚部,(E)介电损耗角正切和(F)磁损耗角正切的频率依赖性


QQ截图20240329093421.jpg



  图6、填充率为(A)10%、(B)20%、(C)30%的G/C/Fe3O4/石蜡复合材料的反射损耗曲线的3D频率依赖性和填充率为10%、(B)20%。
  3小结
  总之,本研究采用物理混合法成功制备了 G/C/Fe3O4/石蜡。实验结果表明,在质量比为 1:1:6 和填充率为 20% 时,G/C/Fe3O4/石蜡复合材料的电磁波吸收性能最佳。一维 CNT 穿过二维石墨烯,形成了有利于传导损耗的三维网络。Fe3O4的加入促进了非均质界面的构建,增加了界面极化;同时还产生了电磁协同效应,有助于增强阻抗匹配。通过整合三种材料的结构和质量比,复合材料的电磁波吸收性能得到了显著改善。这项研究证明,物理混合法为改善复合材料的吸收性能提供了一种可行的研究技术,并有望实现商业化。
  文献:


QQ截图20240329093431.jpg

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