新型球磨辅助化学沉淀–煅烧法制备电磁吸波性能优异的Co@CuFe2O4复合材料

为解决日益增长的电磁辐射危害,利用球磨辅助化学沉淀-煅烧法制备了较低材料厚度下具有优异阻抗匹配性质的Co@CuFe₂O₄吸波剂。由于扁平状Co片与大量CuFe₂O₄粒子充分接触,所制备复合材料具有很好的界面极化能力。除了片状Co能提供优异的涡流损耗以外,偶极极化、电荷跃迁与传导、结构散射等同样有助于复合材料宽频吸波的实现。材料厚度仅为1.8 mm时,最大微波吸收损耗在频率为12.93 GHz处可达到?35.56 dB,且最宽的有效吸波带宽可在材料厚度为1.72 mm时达到6.74 GHz。文中所报道的制备方法可作为性能优异的电磁吸波剂的研制提供一种新型途径。     

非晶态CNTs修饰PyC超轻宽频吸波材料

对于吸波材料来说,特定频率下材料对电磁波的吸收值不断突破,但提高整个波段吸收性能仍是挑战。本文采用模板法合成了三维多孔热解碳(PyC)泡沫基体,在其表面原位生长非晶态碳纳米管(CNTs),获得密度为22.0 mg·cm?3的超轻CNTs/PyC泡沫。原位生长的非晶CNTs在基体内部分布均匀,获得丰富的界面和适中的电导率,可满足阻抗匹配要求,并且通过调控催化生长时间增强了复合材料的界面极化和电导损耗。当电磁波进入CNTs/PyC泡沫材料的内部孔道时,界面极化损耗、电导损耗和多重反射机制可协同衰减电磁波能量。获得的CNTs/PyC泡沫对电磁波的最小反射率为?29.6 dB,在整个X波段的反射率均低于?13.3 dB。研究结果为X波段内超轻、宽频强吸波材料的研究提供了思路。     

回收利用煤气化残渣制备新型微Fe/C复合微波吸收材料

在全球能源结构转型的背景下,煤气化技术展现出广阔应用前景,但其副产品煤气化残渣（CGR）仍未得到有效的回收利用。煤气化残渣含有丰富的碳成分,因此可以考虑作为碳基载体应用于微波吸收领域。在本研究中,通过浸渍Fe3+和还原反应制备了Fe/CGR复合微波吸收材料,并研究了磁性组分Fe的负载量对复合材料形貌和电磁性能的影响。此外,调整硝酸铁溶液的浓度,可以合理调控Fe/CGR复合材料的磁性成分负载量及其表面结构形貌。从扫描电镜照片可以看到Fe颗粒均匀地嵌入在CGR基体上,有效增加了复合材料的界面,进而增强了界面极化,进一步提高了复合材料的微波吸收性能。当Fe3+浓度为1.0 mol/L时,Fe/CGR复合材料表现出了优异的吸波性能,在涂覆厚度为2.5 mm时,最小反射损耗值可达?39.3 dB,当涂覆厚度为1.5 mm时对应的有效吸收带宽高达到4.1 GHz。本研究最终获得了兼具阻抗匹配和吸波性能的材料简易制备工艺与资源回收利用方法,所制备的Fe/CGR复合吸波材料不仅提升了CGR的回收率,而且也为微波吸收材料的合成开辟了一条新途径。     

赵东林让科研成果惠及百姓生活

赵东林现任北京化工大学碳纤维及复合材料研究所教授、博士生导师。主要从事新型碳材料、碳纤维及复合材料、纳米雷达波吸收剂、吸波材料、纳米陶瓷材料、陶瓷基复合材料、纳米磁性材料、纳米生物医用材料、电磁屏蔽材料等的研究工作。2002年入选北京市科技新星计划。     

微波吸收剂吸波性能对比分析

为了对比不同类型微波吸收剂及其混合物的吸波性能,利用MG公式,计算了X波段电阻型碳纤维吸收剂和磁介质型铁氧体吸收剂在不同配比下的混合物的等效电磁参数,并分别分析了其吸波性能。通过对比材料的阻抗匹配特性和衰减系数表明,在铁氧体中添加碳纤维并不能提高吸波性能。虽然混合吸收剂兼具电损耗和磁损耗,可以增强对电磁波的衰减,但是由于一般的电性材料具有较高的介电常数,掺杂磁性材料会破坏材料的阻抗匹配特性,使得表面反射增强,吸波性能得不到改善。     

吸波材料的物理机制及其设计

吸波材料是一种重要的军事隐身功能材料,其机理本质上是电磁波与物质相互作用,入射的电磁波通过介质最大限度地转变成热能或其他形式的能.评价吸波效能的主要参数是损耗因子、复介电常数、复磁导率.作者用简单的等效电路分析了材料吸波机制,阐明了这些参数的物理意义,定性地给出了吸波材料的设计方向.分析结果表明吸波材料的电磁损耗机制分为3种类型,即电阻损耗型、介电损耗型和磁损耗型;设计吸波材料时要综合考虑损耗吸收和波阻抗匹配2种因素;多元复合尤其是纳米无机物与有机聚合物复合,将3种损耗有效结合,并尽可能阻抗匹配,这是实现轻质、强吸收、宽频、微波红外隐身兼容且综合性能好的吸波材料的有效途径;研究材料的吸波特性还必须从微观层次上用量子理论分析材料对电磁波的基本吸收过程.     

石墨烯基吸波材料的研究进展

电子信息技术的飞速发展，使电磁污染问题日益严重，开发具有“薄、轻、宽、强”性质的吸波材料显得尤为重要.石墨烯材料有着大比表面积、高电导、密度低和强介电损耗等优点，但也存在阻抗匹配性差、损耗机制单一等缺陷.对石墨烯的形貌和结构等进行设计，能够有效改善阻抗失配的问题.此外，将石墨烯材料与其他损耗材料复合构造多元协同损耗的复合材料，能够实现对电磁波的高效、宽频吸收.简要讨论了电磁吸波机理，综述了近年来石墨烯基吸波材料的研究现状，并对其未来研究方向进行展望.     

原位生长NiCo双金属增强多孔秸秆衍生生物碳复合材料的微波吸收性能

目前,人们对电磁污染的保护意识逐渐增强,并且具有可再生性和环境友好性的吸收材料也引起人们的广泛关注。在这项工作中,通过高温碳化和水热反应的方法,我们成功制备了由秸秆衍生的生物碳与双金属NiCo组成的复合材料。通过改变镍钴合金的含量可以改变多孔生物碳/镍钴合金复合材料的电磁参数,改善其微波吸收性能。另外,其微波吸收性能的提高主要归功于电磁特性的协同效应,其中包括介电损耗（界面极化、偶极子极化）和磁损耗。值得注意的是,生物碳/NiCo复合材料的最小反射损耗值在2.2 mm厚度下可达?27.0 dB,对应的吸收带宽(RL≤?10 dB)可达4.4 GHz (11.7~16.1 GHz)。这些结果表明,多孔生物碳/镍钴复合材料具有密度低、重量轻、导电性好、吸收能力强、阻抗匹配良好等特点,因此,这种复合材料可以作为新一代的吸波材料。     

原位制备核壳结构CoFe2O4@多孔碳球吸波性能研究

CoFe₂O₄具有良好的化学稳定性和磁损耗,可用于制备具有独特结构的电磁波吸收复合材料。在本研究中,通过原位制备将CoFe₂O₄磁性粒子引入中空多孔碳中,制备了具有核壳结构的CoFe₂O₄@碳空心球。本文研究了微观组织与电磁波吸收性能的关系。研究结果表明:通过构建多孔结构并调整多孔碳和CoFe₂O₄的比例,可以有效地协调磁损耗和介电损耗。CoFe₂O₄@多孔碳复合材料的最小吸收在5.8 GHz时达到?29.7 dB。此外,有效吸收带宽为3.7 GHz在厚度为2.5 mm。复合材料的微波吸收性能的提升是由于在材料引入多孔核壳结构和CoFe₂O₄磁性粒子。多孔结构与核壳结构之间的协调有利于提高复合材料衰减系数,并实现良好的阻抗匹配。同时,多孔核–壳结构增强了电磁波在多次散射和反射;并提供了大的固体–空界面和CoFe₂O₄–碳界面来诱导界面极化,增强电磁波极化损耗。此外,CoFe₂O₄磁性粒子的引入增强了自然共振、交换共振和涡流损耗的磁损耗。     

基于平行金属线的太赫兹准全向超材料吸波体

该文基于平行金属线设计了一种具有准全向吸波特性的太赫兹超材料吸波体,其准全向吸波特性是通过提高超材料的结构对称性实现的.理论和仿真结果表明:随着超材料结构对称性的提高,超材料吸波体的极化敏感度逐渐降低直至达到任意极化吸波.仿真的不同入射角下的吸收率与表面电流分布表明:平行于介质基板的磁场分量在平行金属线之间激发的反向平行电流导致了结构的电磁谐振,因而在极宽的入射角下该超材料吸波体仍能对电磁波进行高效吸收.提取的等效阻抗实部表明:可以通过调节基板两侧金属线的尺寸,来实现吸收频率处超材料吸波体一侧与自由空间近似阻抗匹配,另一侧与自由空间阻抗不匹配,从而使得反射和传输同时最小、吸收最高.仿真的能量损耗分布表明:该吸波体的强吸收主要源于基板的介质损耗.该太赫兹吸波体可能在爆炸物探测和材料识别等领域具有广泛的应用.     

核壳结构Fe-Fe_3C@C微波吸收材料的制备及性能研究

采用水热法原位聚合Fe~(3+)/C_6H_(12)O_6结合高温碳化制备了Fe-Fe_3C@C复合微波吸收材料;通过X射线衍射、透射电子显微镜、矢量网络分析仪对样品的物相、微观形貌及吸波性能进行测试分析。结果表明,磁性颗粒Fe-Fe_3C被厚约10 nm的石墨碳包覆形成核壳结构,材料具有高的比表面积205.5m~2·g~(-1)与低的表观密度2.97 g·cm~(-3).其吸波性能优异,当涂层厚度为2.5 mm时,其最小反射损耗(RL)达到最低值-14.2 dB,主要归因于复合物有效的阻抗匹配特性及多重界面极化效应。Fe-Fe_3C@C复合材料优异的性能使其有望作为一种潜在的轻质微波吸收材料。     

具有疏水、隔热和微波吸收性能的多功能Mo2C修饰的rGO气凝胶

还原氧化石墨烯（rGO）气凝胶因其丰富的导电网络和复杂的内部微观结构,以及与其他电磁衰减组分的良好兼容性,可以用作高效微波吸收材料,以缓解日益严重的电磁污染问题。然而,rGO气凝胶损耗单一,无法在自由空间中产生匹配良好的特性阻抗,使得电磁波难以在材料内部发生有效衰减。本文旨在开发一种具有多功能特性的Mo₂C修饰rGO气凝胶复合材料作为高效微波吸收材料。本文通过水热组装、冷冻干燥和高温热解过程,制备了Mo₂C纳米颗粒修饰的rGO气凝胶复合材料,研究了组成变化对复合材料形貌、结构和性能的影响。结果表明,当Mo₂C/rGO气凝胶质量填充为9%时,在7.3 GHz处最小反射损耗值可达到?63.3 dB,最大有效吸收带宽为5.1 GHz。优异吸波性能主要来自于Mo₂C纳米颗粒带来的衰减能力和阻抗匹配之间的良好平衡,尽管相对复介电常数随着Mo₂C负载的增加而逐渐减小导致介电损耗下降,但Mo₂C优化了电磁波入射界面处的阻抗匹配特性。引入Mo₂C纳米颗粒后,rGO气凝胶的疏水性和隔热性也得到了有效改善。本文中Mo₂C纳米颗粒对多功能特性的积极影响增强了Mo₂C/rGO气凝胶的环境适用性,使其成为多功能高性能微波吸收材料的候选材料。     

纳米复相α-Fe /Nd2Fe14B材料电磁波吸收性能研究

采用熔体快淬及晶化退火工艺制备了Nd2Fe14B/α-Fe纳米晶双相材料,对该材料在0.5～18GHz频段的复介电常数、复磁导率进行了测试,其磁谱表现为驰豫型特征。由于磁损耗和介电损耗的共同作用,纳米复相Nd2Fe14B/α-Fe吸波材料在9～17GHz具有良好的吸波性能,其匹配厚度为1.6～2.5mm。     

碳基/软磁合金复合材料的巨磁阻抗效应研究进展

传统巨磁阻抗材料重量大、成本高、功能单一.将软磁合金材料与新型碳材料(碳纤维、石墨烯)进行复合,保证巨磁阻抗效应高灵敏度的同时,兼顾碳材料的诸多优势.针对两类典型碳材料,分别研究其与Fe基软磁合金组成的复合材料的结构、静态磁性、巨磁阻抗特性,并将该类新型材料的巨磁阻抗性能与传统材料进行对比.结果发现:软磁合金包裹的碳纤维丝的巨磁阻抗效应优异;石墨/Fe Ni合金组成的层状结构复合材料能够在低频下获得优异的巨磁阻抗性能.     

聚吡咯纳米线/石墨烯复合材料的电磁波吸收特性

利用简单的低温聚合方法合成了聚吡咯纳米线/石墨烯(PPy/G)纳米复合材料,它们可以作为轻质的电磁波吸收剂.扫描电镜图表明,PPy纳米线的长度为数微米,与石墨烯之间存在较好的接触界面.该复合材料在厚度2.0–5.0?mm范围内,所有的最小反射损耗值均低于–20.0dB.例如,当复合材料的厚度为3.0?mm、频率为11.28GHz时,最小的反射损耗为–38.9dB;当厚度为3.5?mm、频率为9.36GHz时,最小的反射损耗为–39.1dB,远优于PPy纳米线和之前报道的石墨烯复合材料.此外,PPy/G纳米复合材料在基质中的添加量仅为5wt%,低于之前报道的石墨烯复合纳米材料.这种增强的电磁波吸收特性可以由复合材料间的界面极化以及1/4波长匹配模型来解释.本文的研究结果可以为轻质电磁波吸收材料的实际应用提供参考.     

具有中空多壳结构的BaTiO3/TiO2@聚吡咯复合材料的制备及其吸波性能研究

信息时代的迅速发展带来了不可忽视的电磁污染问题,吸波材料在电磁污染、信息安全等领域发挥着重要作用。理想的吸波材料应当具有涂层薄、吸收强、频带宽、机械性能好等优点。BaTiO₃属于传统的介电损耗型吸波材料,拥有较高的介电常数,然而吸收强度低、有效频带窄等缺陷限制了其发展应用。通过材料纳微结构的调整以及成分的复合对BaTiO₃进行改性处理,是提高材料吸波性能的有效方法。本文旨在开发一种吸收强度高、有效频带宽的BaTiO₃基复合吸波材料。以碳质微球为模板,采用次序模板法合成了中空多壳层结构（HoMS）的TiO₂微球,经原位水热将TiO₂转变为BaTiO₃,再通过吡咯蒸气聚合在BaTiO₃/TiO₂ HoMS壳层上包覆聚吡咯（PPy）,成功制备了具有不同壳层数目的复合吸波材料。利用矢量网络分析仪对不同BaTiO₃基复合吸波材料的电磁参数进行测试,分析了不同复合结构对材料吸波性能的影响。研究结果表明,包覆了PPy的BaTiO₃基复合材料表现出更加优异的吸波性能。其中,三壳层BaTiO₃/TiO₂@PPy HoMSs的吸波性能最佳,有效吸收频宽达4.20 GHz,在13.34 GHz处反射损失最小,为?21.8 dB,吸波涂层的最佳匹配厚度仅为1.3 mm。中空多壳层结构不仅能够延长电磁波的传输路径,同时为不同损耗机制材料的复合提供了丰富的调控空间,实现了吸波性能的提高。     

粉煤灰/NiFe2O4核壳填料/硅橡胶吸波复合材料的制备与性能

首先以粉煤灰(FA),Fe(NO₃)₃?9H₂O和Ni(NO₃)₂?6H₂O为原料,采用改性的溶胶-凝胶方法,制备了以FA为核,以NiFe₂O₄为壳的核壳填料。然后,以硅橡胶为基体,采用FA/NiFe₂O₄核壳填料对其填充改性,制备了硅橡胶吸波复合材料。X射线衍射、红外光谱、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜结果表明,NiFe₂O₄成功包覆在FA表面,且包覆均匀致密。核壳填料显著改善了硅橡胶的吸波性能, 17.5 GHz 下,材料的最小反射损耗值为?23.8 dB,有效吸收带宽高达12 GHz,原因为多重损耗机理,即界面极化损耗、磁损耗和多重反射损耗。与未填充的硅橡胶相比,硅橡胶吸波复合材料的热稳定性、柔韧性、耐环境性和疏水性均有所提高。本工作对粉煤灰的回收再利用和硅橡胶吸波复合材料的制备提供了新的思路。     

利用脉冲激光沉积技术制备镍纳米颗粒及其生长过程中的应变场模拟

利用脉冲激光沉积技术和快速退火成功地制备了镶嵌在非晶Al2O3薄膜中的Ni纳米颗粒,用高分辨率透射电子显微镜观察到镶嵌在非晶Al2O3薄膜中的Ni纳米颗粒,用有限元算法系统地模拟了Ni纳米颗粒生长过程中的应变场分布.研究发现:在Ni纳米颗粒的生长过程中,纳米颗粒受到母体A12O3材料的非均匀的偏应变的作用,而且随着Ni纳米颗粒的长大,纳米颗粒受到母体Al2O3材料的非均匀偏应变也逐渐增加.这种非均匀偏应变对于纳米颗粒的晶格结构和形貌有较大的影响,可以通过调节Ni纳米颗粒生长过程中的应变场来实现对Ni纳米颗粒界面态的调控,从而进一步优化Ni纳米颗粒的物理性能.     

纳米铁氧体基核壳结构复合吸波材料的制备方法及研究进展

首先, 综述几种主要类型的纳米铁氧体基核壳结构复合吸波材料的最新研究和应用进展, 介绍相应的制备方法及其优缺点, 然后总结纳米铁氧体基核壳结构复合吸波材料研究领域面临的主要问题, 最后展望未来的研究发展方向.     

双壳层结构Fe_3O_4磁性纳米复合材料的合成以及微波吸收性能

Fe3O4磁性纳米颗粒具有良好的微波吸波性能,但是也有着容易被氧化、吸收频带窄等缺点.以不同粒径的Fe3O4磁性纳米颗粒为核,采用模板法制备了具有双壳层结构的Fe3O4@SiO2@SiO2纳米复合材料.不仅提高了Fe3O4磁性纳米颗粒的稳定性,引入的介电材料还可以实行阻抗匹配,改善材料的吸波性能.