NML封面文章 | 优异的微波吸收材料:多孔石墨烯微米花

内容简介

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

▶ 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。

▶ 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。

▶ 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。

▶ 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。

▶ 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。

文章信息

文章发表于 Nano-Micro Letters 期刊 2018 年第 10 卷第 2 期,详情请阅读全文,可免费下载。本文在期刊微信 (nanomicroletters)、微博 (纳微快报NML)、科学网博客、Facebook、Twitter等媒体推出,请多关注。以往微信推文可参看网站(http://nmsci.cn)

Cite AsChenChen, Jiabin Xi, Erzhen Zhou, Li Peng, Zichen Chen, Chao Gao. Porous Graphene Microflowers for High-Performance Microwave Absorption. Nano-Micro Lett. (2018) 10: 26.

https://doi.org/10.1007/s40820-017-0179-8

关键词:石墨烯,微米花,多孔,微波吸收

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通讯作者简介

浙江大学求是特聘教授、博士生导师、高分子科学研究所所长。  围绕石墨烯化学、液晶及宏观组装开展研究,在Nature Communications 、Advanced Materials、Chemical Reviews 等期刊发表通讯作者和第一作者论文150余篇,文章他引9000多次,H因子50。担任 Nano-Micro Letters 期刊编委。曾入选或获得国家“万人计划”、科技部“中青年科技创新领军人才计划”、国家杰出青年基金、浙江省“钱江人才计划”、上海市“浦江人才计划”、教育部“新世纪优秀人才计划”等人才计划。获得浙江省青年科技奖、项国家自然科学二等奖、上海市科学技术一等奖及全国优秀博士学位论文等奖励。Email: chaogao@zju.edu.cn主页:http://polymer.zju.edu.cn/cg/

主要研究领域:

(1)石墨烯:化学、液晶、宏观组装及催化;

(2)新能源材料:超级电容器、锂电池;

(3)高分子化学:超支化聚合物、序列结构大分子、点击化学、活性可控聚合。

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