石墨烯复合吸波材料的研究进展及未来发展方向

吸波材料是解决电磁波辐射污染的有效手段和影响雷达隐身的关键因素,该材料的研究对军用和民用都具有非常重要的意义,因此它一直是各国尖端科技的重要研究方向之一。自石墨烯被首次发现,学术界便掀起了对二维材料的研究热潮,相关学者开展了各类型石墨烯复合材料的研究,且在吸波领域的理论研究和新型吸波材料的开发取得了突出成果,短短几年时间内,石墨烯已经成为了新型复合吸波材料的研究热点。相比铁氧体、炭黑等传统吸波材料,石墨烯应用于吸波材料具有以下优势:(1)独特的二维材料性质、巨大的性能可调控工作表面;(2)良好的导电性以及特殊的边界效应。然而,单纯以石墨烯作为吸波剂的吸波材料,其性能测试结果与预期值存在显著差距,无法实现开发一种新型轻质、高效吸波材料的预期目标。因此,近三年来石墨烯复合吸波材料的研究重点主要集中在石墨烯二维结构的吸波机理和石墨烯/磁损耗型复合吸波材料的制备,研究者主要从选择合适的磁性纳米成分和优化制备工艺方面不断探索,并取得了丰硕的成果,深度挖掘出石墨烯对电磁波的潜在吸波性能。目前,通过优化石墨烯复合吸波材料组分已基本可以实现2～18 GHz频段范围内反射率小于-10 dB。对于石墨烯电磁波吸收机理的研究,主要依托其二维结构,应用密度泛函理论和原子-键电负性均衡理论模型来探索本征石墨烯和掺杂石墨烯的构型;在较高性能的石墨烯复合吸波材料制备过程中已取得成功应用的磁性纳米成分包括四氧化三铁、铁酸镍、硫化镉等。其中,以四氧化三铁、氧化铁为代表的铁氧体应用得最早;随着共沉淀法、溶剂热法等制备方法的不断成熟,各类新型磁性纳米颗粒可以与石墨烯复合,使之兼具磁损耗和电损耗能。近两年,相关学者将超材料的思想引入石墨烯复合吸波材料的研发中,以结构设计为手段,实现了新型透明石墨烯复合吸波材料的制备。此外,由于石墨烯自身的功能特性,石墨烯复合吸波材料大多也具有高效的热传导性能和良好的结构强度,可以实现材料的结构功能一体化。本文归纳总结了石墨烯复合吸波材料的研究历程和最新研究进展,介绍了石墨烯复合吸波材料的二维结构吸波机理、磁性掺杂成分的选择、大尺寸材料的制备工艺,分析了石墨烯复合吸波材料亟需解决的问题并展望其未来发展前景,以期为制备"宽薄轻强"的新型石墨烯复合吸波材料提供参考。     

石墨烯基吸波材料的研究进展

诸如铁氧体、磁性金属粒子及其合金等传统吸波材料,密度大、环境稳定性差、对电磁波的吸收弱以及吸收频带窄的缺陷限制了其在吸波领域的应用,而石墨烯因其较高的机械强度、较小的密度以及优异的介电性能受到了吸波材料领域众多学者的关注;但由于石墨烯的阻抗匹配性能较差,损耗机制比较单一,导致其吸波性能较差,因此,研究人员通常将石墨烯与其他介电损耗型或者磁损耗型材料复合来增强其吸波性能,此外对吸波剂的结构进行合理的设计也是增强其吸波性能的有效途径。结合国内外的发展状况,对石墨烯基吸波材料的制备以及性能研究做了综述性介绍,并展望了未来石墨烯基吸波材料的发展方向。     

纳米碳基复合吸波材料吸波机理及性能研究进展

纳米碳基复合吸波材料由于具有优异的电磁特性,在国防民生领域有着重要的应用。本文结合国内外研究的现状,综述了吸波材料的吸波原理以及纳米碳基导体/导体型、导体/绝缘体型复合材料的吸收机理及性能的研究进展,并展望了纳米碳基复合吸波材料的发展方向。     

低频吸波材料研究进展

低频吸波材料在民用与军事领域有着广泛的应用,加强吸波材料在低频波段的研究有着非常重要的意义。针对目前吸波材料存在的低频瓶颈,综述了国内外吸波材料在低频波段的研究进展,包括非晶态合金、铁氧体吸波材料、金属微粉吸波材料、纳米吸波材料,最后展望了低频吸波材料的发展趋势。     

基于石墨烯吸波材料的研究进展

吸波材料作为防护电磁辐射污染及武器装备隐身的重要物质基础,是各国研究的热点和重点。石墨烯作为一种新型的碳材料,具有优异的力学、热学和电学特性。尤为重要的是,石墨烯较高的介电常数以及外层电子易极化弛豫特性使其可作为潜在的介电损耗基材,应用于吸波领域,因而近年来受到了广泛的关注。从石墨烯基复合吸波材料的制备方法与吸波特性两个角度对该类吸波材料进行了综述,并展望了其发展方向。     

纳米吸波材料研究进展

论述了纳米吸波材料种类、纳米吸波特性以及吸波原理,分别对纳米铁氧体吸波材料、金属纳米吸波材料、纳米氧化物吸波材料、纳米导电聚合物吸收剂以及纳米陶瓷吸波材料等材料吸波特性以及应用研究进展进行了重点分析和讨论,指出了具有宽频吸收的结构型纳米吸波复合材料是未来研究的重点和优先发展的方向。     

纳米吸波材料的研究进展

介绍了纳米吸波材料的吸波原理。叙述了碳纳米管、纳米金属与合金、纳米陶瓷、纳米氧化物、纳米导电高分子几类吸波材料的特点和应用情况。比较了各种吸波材料的优缺点,对吸波材料的研究前景进行了展望。     

碳基/羰基铁复合吸波材料的研究进展

碳基/羰基铁复合吸波材料结合了各自优势,具有独特的物理化学特性和良好的吸波性能,成为近年来研究热点之一。本文结合国内外最新研究成果,介绍了羰基铁吸波剂自身改性的研究现状,将碳基/羰基铁复合吸波材料的研究成果系统归纳为6大类,即石墨烯/羰基铁复合吸波材料、碳纳米管/羰基铁复合吸波材料、碳纤维/羰基铁复合吸波材料、炭黑/羰基铁复合吸波材料、石墨/羰基铁复合吸波材料以及其他碳材料与羰基铁的复合吸波材料,并进行了详细介绍。最后,指出了碳基/羰基铁复合吸波材料未来研究亟待解决的性能调控和轻量化等问题,展望了其在宽频隐身等方面的发展前景。     

吸波材料的研究现状与进展

吸波材料是一种重要的军用隐身材料，本文从主要吸波材料在军事领域应用出发，介绍了吸波材料的工作原理，分别论述了铁氧体吸波材料、金属微粉吸波材料、导电高聚物吸波材料、多晶铁纤维吸波材料及纳米吸波材料的研究现状和发展趋势，较为详细的介绍了高温吸波材料的性质和在吸波方面的机理、应用，并对其他新型吸波材料的研究现状也有论述。最后对吸波材料的应用前景进行了展望。     

电磁波吸收材料的研究进展

吸波材料是武器装备的重要材料之一, 目前朝着“厚度薄、密度低、频段宽、吸收强”的方向发展. 本文综述了吸波材料的最新研究方法与进展, 并提出了现有研究中存在的不足及进一步研究的方向. 目前吸波材料的主要研究方向是制备纳米复合吸波材料, 对吸波材料进行表面改性或掺杂改性, 以及改变材料的微观形貌和结构设计等. 然而现有的研究集中在常规吸波材料上, 以摸索性的应用研究为主, 缺乏理论的指导和突破性的创新. 进一步的研究应以电磁波吸收理论为基础, 开发纳米复合吸波材料以及具有结构设计的纳米复合吸波材料, 并大力开展智能吸波材料与结构以及超材料吸波材料的研究与开发.     

介电型石墨烯吸波复合材料研究进展EI北大核心CSCD

石墨烯因其独特的介电特性、高比表面积、低密度等性质,被认为是新一代吸波材料的有力候选。然而,单一组分的石墨烯吸波性能不佳,因此近年来石墨烯基吸波复合材料成为研究热点。本文介绍石墨烯及其复合材料的吸波机理与特性,指出介电型石墨烯作为极具发展潜力的吸波复合材料具有轻质、高强、宽频、薄层的特点。从石墨烯基体与掺杂体两方面综述了介电型石墨烯吸波复合材料的研究进展。最后指出,开发损耗能力强的新型介电掺杂体、构筑多组分吸波复合材料体系、建立通用的设计方法以及探索大批量的制备方法是未来的研究方向。     

Fe3O4/CNTs@Cf复合材料的制备及其吸波性能的研究

为了改善传统碳材料的吸波性能,获得具有多元吸波机理的吸波材料,本文通过化学气相沉积法在碳纤维表面原位生长碳纳米管,后采用溶剂热反应在CNTs@C_f上生成Fe₃O₄纳米颗粒,制备出了Fe₃O₄/CNTs@C_f复合材料,并对其吸波性能进行研究,分析了复合材料的合成机理和吸波机理。其反射损耗在C波段可达-43.02 dB,随着Fe₃O₄纳米颗粒含量的进一步增加,其吸波性能下降。     

A review on carbon/magnetic metal composites for microwave absorption

At present,developing high-efficiency microwave absorption materials with properties including light-weight,thin thickness,strong absorbing intensity and broad bandwidth is an urgent demand to solve the electromagnetic pollution issues.An ideal microwave absorber should have excellent dielectric and magnetic loss capabilities,thereby inducing attenuation and absorption of incident electromagnetic radiation.Recently,various carbon/magnetic metal composites have been developed and expected to become promising candidates for high-performance microwave absorbers.In this review,we introduce the mechanisms of microwave absorption and summarize the recent advances in carbon/magnetic metal composites.Preparation methods and microwave absorption properties of carbon/magnetic metal com-posites with different components,morphologies and microstructures are discussed in detail.Finally,the challenges and future prospects of carbon/magnetic metal absorbing materials are also proposed,which will be useful to develop high-performance microwave absorption materials.     

石墨烯/CuO锂离子电池负极材料的研究进展

石墨烯作为一种锂离子电池负极材料表现出优异的电化学性能,但石墨烯在充放电过程中容易团聚,导致其容量衰减特别快。而金属氧化物在充放电过程中体积膨胀大,因此其容量衰减也非常快;另外,金属氧化物的电导率低,导致其倍率性能差。将金属氧化物与石墨烯复合,两者性能互补,石墨烯可提高复合材料的电导率,缓解金属氧化物在充放电过程中的体积效应;金属氧化物可提高复合材料的储锂容量,并能阻止石墨烯在充放电过程中团聚。本文介绍了石墨烯/CuO锂离子电池负极材料的制备方法,分析了石墨烯与氧化铜及其复合材料的储锂机制,展望了石墨烯/CuO锂离子电池负极材料的应用前景,并指出了当前研究中存在的问题。     

含电路模拟结构吸波复合材料

研究了电路模拟结构材质、电路模拟结构尺寸、介质层电磁参数等对电阻渐变型和"陷阱"式结构吸波复合材料的吸波性能和力学性能的影响。结果表明:通过合理的结构设计,在其它条件相同的情况下含电路模拟结构电阻渐变吸波复合材料的吸波性能在8~18 GHz范围内有3~5 dB的提高;含电路模拟结构"陷阱"式吸波复合材料在厚度≤4 mm条件下,实现了吸波性能在8~18 GHz频率范围内吸收率≥12 dB。在提高吸波复合材料吸波性能的同时,电路模拟结构的引入使复合材料力学性能有一定的提高,有利于实现吸波复合材料的吸波/承载一体化。      

新型纳米碳基吸波复合材料的研究进展

新型碳纳米材料(如石墨烯、碳纳米管)因独特的微观结构及优异的介电性能,在电磁屏蔽及吸波领域受到了广泛关注。结合国内外研究情况,综述了碳基聚合物、碳基金属以及多元碳基吸波复合材料制备及性能的最新研究进展,并展望了新型碳纳米材料在吸波材料中应用的发展方向。     

碳纳米管微波损耗机理的探讨

研究表明,铁磁性纳米粒子能增强和改善碳纳米管的微波吸收性能,碳纳米管和聚合物的复合物可能成为性能优异的微波屏蔽与吸收材料.探讨了碳纳米管材料的微波损耗机理.     

新型碳基磁性复合吸波材料的研究进展

新型碳基磁性复合吸波材料因兼具质轻和高性能而成为当今电磁波吸收材料的研究主流。碳系吸波材料既有密度小、比表面大、电导率高等优点,也存在无磁性、阻抗匹配水平低等不足,常通过与磁损耗物质复合来构筑多样微结构、多元协同损耗机制的轻质复合材料,实现高强与宽频电磁波吸收。本文在总结国内外碳基复合材料吸波应用的研究基础上,以成分组成、复合方法、微观结构等为主线对比分析了新型石墨烯、碳纳米管、生物质多孔碳及其他碳系磁性复合吸波材料的研究进展,并指出了磁性碳系吸波材料存在的问题及未来发展趋势。      

Zn还原氧化石墨烯(RGO)和ZnO/RGO自组装复合材料的电磁响应行为

以天然鳞片石墨为原料制备氧化石墨烯（GO）,通过Zn将其还原为石墨烯（RGO）,且生成的ZnO附着在RGO表面。采用XRD、SEM、FTIR、Raman、TEM和矢量网络分析仪（VNA）研究了不同还原温度对ZnO/RGO复合材料形貌、结构、氧化程度、电磁损耗特性、德拜弛豫模型及电磁响应行为的影响。结果表明:还原温度为50℃时RGO还原后结构更加完整,层间距为0.89 nm时ZnO/RGO复合材料的介电常数和磁导率均较高,在17.15 GHz时反射率达到-41.2 dB,反射损耗小于-10 dB的带宽为3.67 GHz。      

含碳纳米管微波吸收材料的制备及其微波吸收性能研究

用竖式炉流动法,以二茂铁为催化剂,噻吩为助催化剂,苯为碳源通过催化裂解反应制备了碳纳米管,碳纳米管的外径为20-50nm,内径10-30nm,长度50-1000μm.分别以碳纳米管、羰基铁粉、碳纳米管与羰基铁粉的混合物为吸收剂制备了微波吸收材料,研究了上述三种微波吸收材料在2-18GHz的吸波性能,与纯碳纳米管和纯羰基铁粉微波吸收材料相比, 碳纳米管与羰基铁粉复合微波吸收材料在2-18GHz的吸收峰明显向低频移动.在含碳纳米管的微波吸收材料中,碳纳米管作为偶极子在交变电场的作用下,产生极化电流,电磁波的能量转换为其他形式的能量,瑞利散射效应和界面极化也是含碳纳米管微波吸收材料的主要吸波机理.