基于石墨烯的电磁波损耗材料研究进展

随着军事装备隐身伪装需求的迅速增长, 石墨烯基电磁波损耗材料成为科学研究的热点。本文总结了石墨烯基电磁波损耗材料的研究进展, 详细介绍了石墨烯与其它碳系材料、金属纳米材料、铁氧体材料、导电高聚物材料及非金属材料复合而成的二元、三元及以上多元石墨烯基电磁波损耗材料。简要阐述了电磁波损耗机理, 着重讨论了石墨烯基电磁波损耗材料的微观结构、组分数量及不同损耗机制对吸波性能的影响, 展望了石墨烯基电磁波损耗材料的研究重点和发展方向。     

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。     

石墨烯基复合吸波材料的研究进展

石墨烯由于其独特的物理和化学性能,在吸波领域备受瞩目,成为吸波材料研究的一大热点。综述了石墨烯／磁性纳米颗粒复合吸波材料、石墨烯／导电聚合物复合吸波材料及石墨烯／纳米金属或金属氧（硫）化物复合吸波材料在吸波领域的应用研究现状,并展望了石墨烯基复合吸波材料未来的发展方向。     

电磁屏蔽机理及轻质宽频吸波材料的研究进展

随着智能通信系统、无线网络设备、电子探测设备等技术的发展,空间电磁波辐射对仪器设备的影响不断增大,电磁波屏蔽技术在电磁兼容(EMC)、抗电磁干扰(EMI)设计、飞行器隐身等方面有了越来越广泛的应用。目前,以铁氧体、碳化硅、石墨为代表的传统吸波材料普遍存在着吸收频带窄、吸收性能弱等缺点,一般通过掺杂改性的方法来提高其吸波性能,但得到的吸波层厚度较大,吸波效果不够理想,同时增加了设备质量,也无法达到飞行器减重的目的。近年来,以纳米吸波材料、复合型导电聚合物、石墨烯吸波材料以及超材料为代表的新型轻质宽频吸波材料得到了越来越多的关注。电磁波屏蔽机理主要基于电磁波的反射与吸收,大量的研究结果表明,与电磁波能量衰减相关的参量,如吸收频率、吸收厚度和吸收带宽,与吸波材料的成分和微观结构有着密切的联系。为了得到轻质宽频电磁波吸收材料,一方面电磁波应通过介质表面尽可能多地进入到材料内部,这需要材料具有良好的空间阻抗匹配性;另一方面,进入到材料内部的电磁波应尽可能多地衰减,转化成热能或其他形式的能量,这需要吸波材料具有较高的电损耗或磁损耗。铁氧体吸波材料在低频下具有良好的阻抗匹配性,但在高频波段,磁滞效应和涡流效应都随之减弱,可以通过元素掺杂、制备纳米材料或表面处理技术来改善其吸波性能。金属磁性材料由于晶格结构比铁氧体简单,且没有铁氧体中磁性次格子磁矩的相互抵消,理论电磁波吸收值高于铁氧体,纳/微米结构金属磁性材料成为新一代轻质宽频吸波材料。导电聚合物作为吸波材料可以使产品的质量极大降低,通过改性的方法使其具备可调的电导率和介电常数,而添加金属、金属氧化物或碳纤维能够有效提高导电聚合物的阻抗匹配性。碳基电磁波屏蔽材料具有质轻、耐腐蚀和易加工等优点,石墨烯吸波材料通过改进其自然共振、异质结构界面、电磁耦合来增强电磁损耗,成为轻型超薄吸波材料的代表。超材料吸波结构通过对组成单元的结构和排布控制,在较宽频率范围内实现了对电磁波的吸收。轻质宽频吸波材料不仅具有重要的军事应用价值,在民用电磁干扰防护方面也具有广阔的应用前景。本文从不同的电磁屏蔽机理及材料本征特性出发,对不同种类的新型宽频吸波材料进行了综述,研究了不同吸波体的电磁波吸收性能与微观结构的关系,对实现其轻质宽频吸收的作用机理进行了介绍,为制备性能优异的吸波材料提供了理论技术支持,为发展新一代高性能电磁波吸收材料提供了研究思路。     

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。      

碳纳米管吸波材料研究进展

介绍了碳纳米管的结构和性能特点,归纳和分析了碳纳米管吸波材料的最新进展,并提出了现有研究中存在的不足及进一步研究的方向。目前碳纳米管吸波材料的研究主要集中在不同结构碳纳米管吸波材料、磁性金属/碳纳米管复合吸波材料、稀土/碳纳米管复合吸波材料、铁氧体/碳纳米管复合吸波材料、聚合物/碳纳米管复合吸波材料以及陶瓷/碳纳米管复合吸波材料。对碳纳米管进行形貌控制、结构优化、表面修饰、复合掺杂改性以及界面结合和耐温性能的强化,是碳纳米管吸波材料今后的发展方向。     

铁磁材料/石墨烯复合吸波涂层织物的研究进展

随着信息时代的到来,电磁波在生活中无处不在,在给人们生活带来便利的同时,对人体健康的威胁也不容忽视,吸波织物可作为人类的保护衣,使其免受电磁波的危害.铁磁材料是一种以磁滞损耗、涡流损耗等磁损耗为主,同时兼具部分介电损耗能力的吸波材料,具有吸收强度高、吸收频带宽的优点.然而其抗氧化性与酸碱性差、密度大、匹配厚度大、温度稳定性差,但可通过用其他材料包覆铁磁材料形成壳核结构,这样不仅提高了其抗氧化和耐腐蚀能力,而且壳核之间形成界面极化使吸波性能提高.石墨烯自面世以来受到了广大学者的关注,其比表面积大、表面原子比例高、悬挂键多,可通过界面极化和多重散射吸收电磁波,但正因为比表面积和分子间作用力过大,导致与其他物质复合时易团聚,限制了其应用.可用Hummers法制备氧化石墨烯,再用还原剂还原,得到有较多结构缺陷及含氧官能团残留、溶解性和分散性好的还原氧化石墨烯.将铁磁材料和石墨烯复合负载到织物上,可制备出双损耗、吸收频带宽的吸波涂层织物.大多数研究者将吸波材料的种类作为研究重点,而忽略了吸波涂层对吸波效果的影响.如可利用铁磁材料的磁性和易腐蚀性质,对涂层进行粗糙度处理,增强多重反射或形成活性位点,使涂层织物吸波性能得到进一步提高.本文针对铁磁材料/石墨烯复合吸波涂层织物的研究现状,简述了铁磁材料和石墨烯的结构及吸波原理,重点阐述了铁磁材料和石墨烯吸波涂层负载到织物上的方法和研究进展,最后总结了吸波涂层优化方法.     

基于纳米镍锌铁氧体以Co2+逐步替代Ni2+制备钴锌铁氧体及吸波性能对比

应用水热法掺杂钴离子到纳米镍锌铁氧体粉末中,制备处纳米镍锌钴铁氧体,继而用钴离子代替镍离子制备钴锌铁氧体.并利用XRD、TEM、VNA对其进行表征和分析,研究了纳米镍锌钴铁氧体和纳米钴锌铁氧体的样品粒度、形貌、电磁损耗性能及吸收性能.结果表明：纳米镍锌钴铁氧体由原先纳米镍锌铁氧体的类球形转变为不规则四边形结构.掺杂钴离子后增加吸收器的带宽, 改善材料在低频率的吸波性能。钴锌铁氧体中当Co²⁺: Zn²⁺=1: 1时,对于电磁波吸收性能比镍锌钴铁氧体要好,在16.47 GHz处到达33.9 dB.     

轻质核壳结构吸波材料的研究进展

随着现代科技的发展,电磁波辐射对人类的影响越来越大,在电子电路中释放的电磁波会破坏其他设备的性能并且损害人体健康,因此吸波材料的研究显得尤为重要。此外,具有优良电磁性能的复合吸波材料还可以用于制备飞行器隐身材料。这是因为高强度的微波吸收材料具有良好的介电损耗和磁性损耗,同时具有优越的阻抗匹配,而核壳结构的吸波材料是复合吸波材料中较为理想的材料。本文详细介绍了核壳结构吸波材料的合成方法,并根据核壳结构材料的分类及具体应用,阐述了近年来国内外核壳结构吸波材料的最新研究进展。     

镍锌钴铁氧体/碳纳米管复合吸波材料的制备及表征

采用沸腾回流法制备了Ni0.4Zn0.35Co0.25LaxFe2-xO4/碳纳米管(CNTs)复合吸波材料,考察了镧(La)的掺杂量对复合材料磁性及吸波性能的影响。研究表明:沸腾回流法制备的铁氧体为单相尖晶石结构,纳米铁氧体粒子成功包覆在碳纳米管上。La3+掺杂量x=0.07时,产物的矫顽力(Hc)最大,且吸波性能最佳。     

碳基材料吸波性能研究进展

随着雷达探测技术的迅猛发展和电磁波辐射污染的日益加剧,新型吸波材料的研究和开发成为各国研究的热点。单一吸收剂存在吸波频带窄和吸收强度低等缺点,无法满足新型吸波材料频带宽、厚度薄、质量轻、吸收强的要求。碳材料具有密度低和吸波性能好等优点,通过与其他吸收剂的双组分、多组分复合,或对复合材料的微观结构进行设计,碳系复合材料表现出优异的吸波性能。简要介绍了吸波材料的工作机理,然后分别从炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯和其他碳系材料等5个方面综述了碳系材料在电磁波吸收中的应用和发展,归纳了碳系材料吸波性能的最新研究进展,最后提出了当前研究中存在的不足并明确了研究方向。     

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。     

具有类似结构的石墨烯和MXene在电磁吸波领域的研究进展

石墨烯和MXene作为两大新型二维材料,均具有高电导率、大比表面积,质轻等独特的结构与性能,近年来得到广泛的关注与研究,特别掀起对具有类石墨烯结构的MXene的研究热潮。对两者的结构、吸波性能及研究现状进行对比,归纳总结其单一材料、与碳纳米管、磁性粒子、导电聚合物、碳纤维复合材料在电磁吸波领域的研究,并提炼出两者的吸波机制与吸波材料的设计原则,期待可以为基于二维材料的“薄、轻、柔、宽”新型电磁吸波材料的设计研究提供思路。     

掺杂铁氧体复合吸波材料的研究进展

叙述了铁氧体吸波材料吸收电磁波原理,总结了铁氧体吸波材料的研究现状。将硝酸铁、硝酸铝与柠檬酸混合,用自蔓延法制备氧化铁氧化铝复合铁氧体吸波剂,研究其复介电常数变化,发现随着氧化铝含量的增加,介电常数实部逐渐下降,虚部损耗峰则逐渐移向高频。通过控制氧化铝含量,可以调节吸波剂的损耗峰。     

纳米六角晶系铁氧体吸波材料的制备方法及研究进展

纳米六角晶系铁氧体兼有铁氧体和纳米材料二者的优点,具有价格低廉、吸渡性能好的特点,可以作为一种高效的吸波材料,因此,越来越引起广泛的重视和深入的研究.综述了纳米六角晶系铁氧体吸波材料的各类制备方法,并详细介绍了纳米六角晶系铁氧体吸波材料的研究进展,展望了其发展方向,最后提出了纳米复合铁氧体吸波材料是一个重要的研究方向.     

纳米磁性金属电磁波吸收剂的研究进展及展望

分析了纳米磁性金属系材料的电磁波吸收机理,总结了近年来国内外对包括单元磁性金属粉、多元磁性合金粉、陶瓷基核/壳结构纳米磁性金属颗粒膜、磁性金属薄膜及纤维等磁性金属电磁波吸收剂的研究现状,指出纳米磁性金属材料有望满足新型吸波材料"薄、轻、宽、强"的要求,并提出了今后纳米磁性金属吸收剂的研究方向.     

一种新型纳米羰基铁粉吸波涂层的研制

以纳米材料Fe（CO）5为新型损耗介质,研究了复合分散工艺、超声波分散时间、偶联剂对分散性的影响,测量了纳米吸波涂层的吸波性能。结果表明制备的纳米粉末优于其他一些常用的吸收材料。     

木基多孔炭/铁氧体复合吸波材料的制备与性能表征

以马尾松木材为原料,使用低温预处理、真空浸注和高温原位生长等手段制备了性能优异的木基多孔炭/铁氧体复合吸波材料(WPC/Fe3 O4),采用XRD、XPS、SEM、VNA等技术对复合材料的物相、成分、形貌和电磁特性等进行表征分析,初步阐述了其吸波机理.结果表明:制备的WPC/Fe3 O4具有优异的吸波性能,其反射损耗峰值达-35.6 dB,有效吸波频带宽超过5.6 GHz,并且在3～4.3 mm厚度范围内均可实现对全部Ku频段电磁波的有效吸收;WPC/Fe3 O4具有规则通直的孔隙结构和丰富的异质界面,高温下Fe3 O4纳米粒子均匀生长于木基多孔炭的孔隙和炭壁中;随着碳化温度的升高,WPC/Fe3 O4的介电常数显著增大而磁导率变化较小;WPC/Fe3 O4的电磁损耗机制主要为导电损耗、磁损耗和界面极化损耗.复合材料表现出对Ku频段电磁波的高效与宽频吸收,有望实现其在电子通讯或目标隐身等微波领域的应用.     

基于超材料设计的钡铁氧体吸波涂层研究

本工作设计了一种基于超材料结构的钡铁氧体吸波涂层,分析了超材料的结构设计对钡铁氧体涂层吸波性能的影响,并对涂层的吸波机理进行了研究和讨论。通过仿真发现,钡铁氧体涂层经超材料设计改进后,吸波性能得到大幅增强,改进后的钡铁氧体涂层存在最佳的匹配厚度2.5mm和电阻膜方块电阻值70Ω/,此时涂层的吸收带宽最大,并存在两个吸收峰,在8～18GHz频段内反射损耗都小于-10dB。钡铁氧体通过超材料设计改进后,吸波性能得到极大改善。     

吸波材料的研究现状及其发展趋势

阐述了吸波材料的概念及其在民用和军事领域的重要应用。根据电磁波在介质中的传播理论,介绍了吸波材料的吸波原理;在此基础上较详细地介绍了吸波材料的分类,重点介绍了铁氧体、碳化硅纤维、导电高聚物、智能吸波材料、手性材料、纳米吸收剂等传统吸波材料和新型吸波材料的研究现状及其特点,最后展望了吸波材料未来的发展趋势。