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。     

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。     

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.     

新型防护电磁波信息泄漏材料的研究进展

对新型防护电磁波信息泄漏材料的研究现状进行了综述.重点介绍和评述了非晶材料、纳米材料、手性材料和稀土材料在电磁波信息泄漏防护材料中的研究进展.     

复合吸波剂填充水泥基材料吸波性能研究

对水泥基掺杂混合吸波剂复合材料的吸收性能进行了研究，在水泥基体中分别填充不同比例的炭黑／二氧化锰、炭黑，铁粉、炭黑／铁氧体并进行吸波性能测试，结果表明试样在2．6～18GHz频段内具有更强的吸收性能，〉10dB的带宽最多可达12．4GHz。并用阻抗匹配和谐振理论解释了吸波剂含量和种类对吸收性能及吸收峰的影响。     

原位生长FeCo/rGo纳米复合材料的电磁波吸收性能研究

利用化学开发高性能吸波材料是解决电磁污染问题和实现军事装备雷达隐身的有效手段。基于化学原位生长策略,以金属离子Fe²⁺和Co²⁺为原料,采用一步水热法制备FeCo/rGo复合材料,并对其形貌、结构以及吸波性能进行测试和分析。结果表明,当FeCo和氧化石墨烯的复合比为1∶0.5在厚度1.9 mm时有效吸收带宽达到5.5 GHz,其最小反射损耗达到-54.14 dB。复合比为1∶1时则实现了1.3 mm, 4.5 GHz有效吸收带宽的吸波性能,这表明FeCo/rGo磁性材料有望成为一种极具应用价值的电磁吸波材料。     

碳纳米管吸波材料的研究现状与展望

碳纳米管因其独特的物理和化学性能10多年来一直备受关注,已有研究将其运用于军事科技领域,如吸波材料,但目前国内关于此类研究的报道还不多.较为全面地总结了近年来国内外对碳纳米管作为吸波材料的研究成果及其目前的研究现状,即简述碳纳米管的吸波机理;详细介绍碳纳米管薄膜、活性碳纳米管、磁性金属(合金)/碳纳米管、碳纳米管/聚合物基复合吸波材料的研究现状;展望未来吸波材料的发展方向.     

导热吸波材料的研究进展及未来发展方向

随着电子设备功率密度的提高,电子器件的电磁兼容和散热问题日趋严重,兼具双功能特性的导热吸波材料成为解决该问题的新趋势.目前,该类材料主要的研发思路是在高分子基体中同时加入导热填料和吸波剂以实现材料的导热吸波双功能.然而,橡胶等高分子材料中功能填料添加量存在最大限度,导热填料与吸波剂添加量存在此消彼长的问题,难以实现两种性能的协同提升.目前,尚无有效手段解决这一难题,只能通过协调两种功能填料的添加比例,确定材料导热和吸波性能的最优平衡点.鉴于影响材料导热性能和吸波性能的因素很多,且各因素之间相互影响,本领域学者通过研究填料组分之间的关系,综合分析了粒径、结构参数和成型工艺参数等因素对材料性能的影响,最终得到了对实际应用具有较高指导价值的组分调节机理和方法.经过十多年的发展,导热吸波材料的制备技术取得了长足进步,但仍存在一些技术瓶颈没有突破,制约着整个行业的发展.例如,缺乏材料微观结构和功能单元模型、通用设计理论不能指导实际工业生产、尚无兼具导热与吸波功能的单组分填料等问题都严重制约了导热吸波材料基础设计理论的发展.在导热吸波材料的工业化生产过程中,材料导热性能测试标准种类多,测试结果不具有对比性;而吸波性能目前存在两种评价方法,其在评价指标、测试原理、测试方法和测试标准等方面存在较大差异,检测结果无法横向比较.综上,目前导热吸波材料的性能评价缺少统一规范的标准,严重制约了产品的推广应用.同时,导热吸波材料的主要功能指标还需要进一步提升,以满足实际使用的需求.本文综述了导热吸波材料的研究历程和最新研究进展,分析了导热吸波材料研究中需要解决的问题,并展望了其未来的研究热点和技术发展方向,旨在为制备高性能导热吸波材料提供参考,提升行业技术水平,改善产品性能.     

电磁波吸收材料用于微波融冰雪路面的研究进展

电磁波吸收材料与传统路面材料相结合,所形成的微波融冰雪路面具有高效、环保等优势。为进一步提高路面的微波融冰雪能力,介绍了微波融冰雪路面的工作原理及影响除冰效率的主要因素,阐述了电磁波吸收材料在微波照射下的发热机理。在此基础上,综述了9种电磁波吸收材料的电磁特性,并着重介绍了碳纤维、磁铁矿石与钢纤维用于路面微波除冰雪的研究进展,并从发热速率与经济性角度对比分析其应用前景。最后,指出了目前研究中存在的问题,展望了今后的研究趋势。     

蜂窝铝-木基复合材料电磁波吸收特性研究

采用时域有限差分(FDTD)方法,对蜂窝铝-木基复合材料的电磁波吸收特性进行了研究。探讨了嵌入蜂窝铝的层数、蜂窝孔径、层间距以及周期尺寸等结构参数对复合材料电磁波吸收特性的影响。结果表明,在1~20GHz频率范围内,蜂窝铝的嵌入可明显改善其电磁波吸收性能。嵌入的层数越多,复合材料对电磁波的吸收效能越好;在8mm厚木材中嵌入5层具有单一孔径蜂窝铝时,复合材料的电磁波吸收效果最高可达70%。并且蜂窝孔径越小、层间距越大,复合材料的电磁波吸收性能越好。将具有不同孔径的蜂窝铝有序组合,可以进一步提高复合材料对电磁波的吸收率,最高可达到80%。     

蜂窝铝-木基复合材料电磁波吸收特性研究

采用时域有限差分(FDTD)方法,对蜂窝铝-木基复合材料的电磁波吸收特性进行了研究。探讨了嵌入蜂窝铝的层数、蜂窝孔径、层间距以及周期尺寸等结构参数对复合材料电磁波吸收特性的影响。结果表明,在1~20 GHz频率范围内,蜂窝铝的嵌入可明显改善其电磁波吸收性能。嵌入的层数越多,复合材料对电磁波的吸收效能越好;在8 mm厚木材中嵌入5层具有单一孔径蜂窝铝时,复合材料的电磁波吸收效果最高可达70%。并且蜂窝孔径越小、层间距越大,复合材料的电磁波吸收性能越好。将具有不同孔径的蜂窝铝有序组合,可以进一步提高复合材料对电磁波的吸收率,最高可达到80%。     

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.     

镀镍石墨烯的微波吸收性能

用化学还原液相悬浮氧化石墨法制备了石墨烯, 经亲水处理后, 利用化学镀镍法在其表面镀上均匀镍颗粒层. 采用SEM、EDX、振动样品磁强计等对样品的形貌、元素成分与磁性质进行了表征, 并用矢量网络分析仪测试了样品在2~18GHz频带内的复磁导率和复介电常数, 利用计算机模拟出不同厚度材料的微波衰减性能. 结果表明, 材料的微波吸收峰随着样品厚度的增加向低频移动, 材料的电磁损耗机制主要为电损耗, 未镀镍石墨烯的吸波层厚度为1mm时, 在7GHz左右最大衰减值?为?6.5dB, 镀镍石墨烯的吸波层厚度为1.5mm时, 在约12GHz时最大值为-16.5dB, 并且在频带9.5~14.6 GHz的范围内达到-10dB的吸收.     

吸波材料理论设计的研究进展

吸波材料的理论设计是吸波材料研究的重要环节.合理的理论设计能有效提高实验工作的效率,缩短生产周期.针对吸波材料的设计方案,从等效电磁参数拟合、多层材料计算以及优化设计3个层次对当前吸波材料理论设计的进展进行了介绍和评述.随着纳米吸波材料的兴起,吸波设计理论需要进一步发展才能满足实际应用的需要.     

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。     

纳米技术在微波吸收材料中的应用

在概述了纳米技术的基础上，着重论述了纳米吸波材料的研究和应用的现状，同时，初步探讨了纳米吸波材料可能的吸波机制。指出将纳米技术引入吸波材料的研究开发，可以制备出宽频、高效、质轻、层薄的多频谱吸收的新型吸波材料。