徐梽川&姬广斌老师:柔性/轻质/韧性强的电磁波吸收膜

A Flexible and Lightweight Biomass-Reinforced Microwave Absorber

Yan Cheng, Justin Zhu Yeow Seow, Huanqin Zhao, Zhichuan J. Xu*, Guangbin Ji*

Nano‑Micro Lett.(2020)12:125

https://doi.org/10.1007/s40820-020-00461-x

本文亮点

1. 本文利用生物质棉花为原料,通过真空抽滤自组装技术制备了柔性轻质高效的电磁吸收膜。
2. 多组分构造不仅提升了薄膜的机械性能,还增强了其电磁波吸收性能。在填充度为20wt%时,最强反射损耗可达-63 dB。
内容简介
当前,雷达探测导致飞行器被敌方探测、跟踪和攻击的可能性越来越大,而且电磁辐射也使人类生存空间的电磁环境日益恶化。因此,研究和探索高性能电磁波吸收材料具有重要意义。随着可穿戴设备的快速发展,具有良好机械性能的柔性吸波材料引起了广泛关注。然而,简单及低成本的合成工艺仍是柔性电磁膜的热点和难点之一。南京航空航天大学姬广斌教授和新加坡南洋理工大学徐梽川教授以棉花纤维为原料,对其进行低温碳化后,与金属Fe络合物和氧化石墨烯在溶液中均匀混合,采用真空抽滤及热处理,经分子间作用力自组装形成多组分Fe3O4@CNWs/RGO/CFs薄膜。其中,碳纤维(CF)作为柔性骨架,并被Fe3O4@CNWs纳米线和RGO纳米片包覆。得益于其独特的结构,所得样品展现出良好的柔性、机械性能和电磁波吸收性能。与传统的粉末状吸波材料相比,该柔性电磁膜的实用性更大,应用前景更广。
图文导读

I 柔性薄膜的制备过程及机械性能展示

图1a给出了薄膜的制备过程,其主要分为两步,第一步,棉花碳纤维、金属Fe络合物纳米线和RGO在溶液中超声混合后,通过真空抽滤得到薄膜前驱体,第二步,将薄膜前驱体置于惰性气氛中高温热解得到最终产品。图1b给出了样品的机械性能展示图,可以看出,经过弯曲和折叠后,薄膜仍然能保持完整性,表现出较好的机械性能。

图1. (a)薄膜的制备过程示意图,(b)薄膜的机械性能展示图。

II 薄膜的微结构表征

图2给出了薄膜的微观结构照片,从图2a-c中可知薄膜的厚度为363 μm,碳纤维被Fe3O4@CNW和rGO复合物紧密包裹,形成平整的表面。EDS Mapping (Fig. 2d-2f) 证明样品中C、O、Fe三种元素均匀。从TEM图片(Fig. 2g-2i) 可以看出Fe3O4@CNW为核壳结构。

图2. (a-c)S3样品的SEM照片,(d-e)S3样品的元素分布图。(g)S3样品的TEM照片,(h)Fe3O4纳米尺寸分布图,(i)S3样品的高分辨TEM照片。

III 薄膜的电磁特性及吸收性能
图3可知薄膜的电磁波吸收性能受碳纤维添加量影响较大。S3号样品在1.95 mm时,有效吸收频宽可达5.8 GHz,在1.95-5.0 mm厚度范围内,其累计吸收频宽可覆盖C、X、Ku波段。

图3. 不同样品的反射损耗图,(a)S0, (b) S1, (c)S2, (d)S3, (e)1.95 mm厚度下不同样品的反射损耗值,(f)S3样品在1.95-5.00 mm厚度范围内的有效吸收频宽。

从图4,图5可看出,随碳纤维含量的增加,复介电的实部和虚部都呈降低趋势。碳纤维添加量对复合磁导率影响小。从损耗因子可以看出。介电损耗在电磁损耗中占主导作用。

图4. (a)样品的复介电参数,(b-e)Cole-Cole曲线图。

图5. (a)样品的复磁导率,(b-e)介电损耗因子和磁损耗因子。

作者简介

成岩

本文第一作者

南京航空航天大学 博士研究生

Email: chengyan344@163.com

姬广斌

本文通讯作者

南京航空航天大学 教授、博导

主要研究领域

主要从事电磁功能材料研究。

主要研究成果

先后入选江苏省“333”人才工程、江苏省六大人才高峰计划、江苏省青蓝工程。担任江苏省颗粒学会常务理事、Journal of Colloidand Interface Science编委。主持国家自然学基金项目、江苏省自然科学基金、航空科学基金、航天一院联合基金等20余项,骨干成员参与装备发展部共用技术、国防基础十三五、海装预研十三五等10余项课题,发表SCI论文100余篇,共用引用4000余次,14篇入选ESI高被引论文,授权发明专利8件。先后获得教育部自然科学一等奖、国防科技进步二等奖、江苏省教育教学成果自然科学二等奖。

Email: gbji@nuaa.edu.cn

徐梽川

本文通讯作者

新加坡南洋理工大学 教授、博导

主要研究领域
主要从事电化学基础、能源材料、能源转换和存储技术研究。

主要研究成果

国际电化学学会会员,英国皇家化学会会员,美国电化学学会会员,Electrochimica Acta客座编辑,Nano-Micro Letters编委。

Email: xuzc@ntu.edu.sg

撰稿:原文作者

编辑:《纳微快报》编辑部

关于我们

Nano-Micro Letters《纳微快报》是上海交通大学主办、Springer Nature合作开放获取(open-access)出版的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, commentary, perspective, letter, highlight, news, etc),包括微纳米材料的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、吸波、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、SCOPUS、DOAJ、CNKI、CSCD、知网、万方、维普等数据库收录。2019 JCR影响因子:12.264。在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前15%)。2019 CiteScore:12.9,材料学科领域排名第4 (4/120)。中科院期刊分区:材料科学1区TOP期刊。全文免费下载阅读(http://springer.com/40820),欢迎关注和投稿。
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