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基于石墨烯的吸波材料应用研究

焦点提示:由于原撒播介质的波阻抗和材料的波阻抗并不匹配,就会有一部分的电磁波发生反射,而另一部分则透射进入到介质内部。阻抗越不匹配,反射的电磁波就越多。只有当原撒播介质的波阻抗与材料的波阻抗相互匹配时,电磁波才会最年夜效能地入射到材料内。 石墨烯(上)和不合结构的碳材料:富勒烯(左下);碳纳米管(下中);石墨(右下) 多组份石墨烯基多成效复合吸波材料吸波机制图。 跟着电子信息技巧的生长和电子产品的遍及,电磁波在人们的日常生计中遍及存在。当电磁辐射逾越人体和状况所能遭受的上限时,会构成电磁污染。在军事领域,雷达仍然是现代战役中搜索意图的惯用手腕,研发能够或许高效接纳电磁波的雷达隐身体料是前进武器体系生计才干的有用门道之一。是以,吸波材料在平易近事和军事领域上都有着遍及的研讨价值和运用前景。
新式的电磁波接纳材料――石墨烯
石墨烯是2004年初度创造的一种新式的二维纳米材料,其独特的二维结构使其具有独特的理化机能。
石墨烯是今朝已知的导电机能最好的材料。石墨烯中的电子活动速度能够抵达光速的1/300。石墨烯的价带和导带订交于费米能级,这授予了石墨烯独特的零能隙半导体机能,是今朝最高迁徙率的锑化铟材料的两倍。在将来,石墨烯或有可能替代硅制造超微型晶体管,将盘算机处置器的运算速度前进百倍。
石墨烯的强度相当于今朝最好的钢材强度的100多倍,硬度乃至跨过了钻石,是今朝天然界强度最年夜的材料,而它的密度却很小。在室温下,石墨烯的热传导率是常用的金属导热材料如金银铜的十几倍,是铝的二十多倍。
石墨烯还具有其他一些特别的机能,如超高的比外面积。单原子层石墨烯的理论比外面积能够抵达惊人的2630m2/g,是活性炭的比外面积的2~3倍,能够用于吸附和脱附各类年夜分子和小颗粒。石墨烯的光学透过率抵达97.7%,这种特征让石墨烯在太阳能电池的通明电极也有运用的潜力。
上述特征使得石墨烯有可能替代传统碳材料成为一种新式的电磁波接纳材料,但弗成逃避的是,与其他碳系材料类似,纯真石墨烯的重要电磁波衰减机制是电损耗,因此吸波机能欠佳。
因将碳材料与铁氧体、电损耗型的金属化合物纳米粒子复合是前进吸波机能的一种有用门道。石墨烯比外面积年夜,很适宜作为载体来负载纳米粒子,不只能够有用处理纳米粒子分散性差、本身易聚会的难题,而且能够在纳米规范上对其结构和机能进行规划和优化,然后制备出具有特定构成、结构和机能的石墨烯基多成效复合吸波材料。
石墨烯的吸波机理
电磁波在撒播进程中碰到任何外形的介质时,在电磁波的入射面或界面都邑发生反射和透射现象。由于原撒播介质的波阻抗和材料的波阻抗并不匹配,就会有一部分的电磁波发生反射,而另一部分则透射进入到介质内部。阻抗越不匹配,反射的电磁波就越多。只有当原撒播介质的波阻抗与材料的波阻抗相互匹配时,电磁波才会最年夜效能地入射到材料内。电磁波在材料内部撒播进程中与材料发生相互感染并被转化为其他形式的能量(如机械能、电能和热能等),即电磁波损耗。所以,吸波材料的吸波机能重要由两个条件抉择:一是阻抗匹配特征,即减少电磁波在材料外面的反射或电磁波能够或许最年夜极限地进入到材料内部;二是衰减特征,即电磁波进入到材料内部后,材料能够或许对电磁波进行有用地接纳或损耗,减少电磁波的二次反射。
多组分石墨烯基吸波材料经由进程复合杂化粒子微结构及协同效应,并研讨吸波材料的负载密度、描绘、结构、各组份成份含量以及各组份之间的协同效应对其电磁参数的影响,一起使用石墨烯的特别结构以及石墨烯与纳米粒子复合所带来的特别性质所形成的界面极化、电子弛豫极化和偶极子极化等效应来损耗电磁波,获得了具有多种电磁波损耗机制且机能可调的质轻、高强、宽频吸波材料结构体系。
石墨烯吸波材料的研讨近况及启示
近年来研讨者在关于石墨烯吸波材料方面的研讨做了许多有价值的作业。
多元体系的石墨烯基复合吸波材料的规划与制备以及电磁波接纳机能的研讨在国际上刚才展开。高的比外面积、优秀的电学机能和特别的二维结构等特征都授予了石墨烯作为新式复合吸波材料梦想构建单位的优秀潜能,但石墨烯基复合吸波材料的归纳吸波机能仍有待前进。
采纳多种组份的纳米粒子与石墨烯复合,在必定水平上减轻了石墨烯片层的聚会,更首要的是制备的多组份复合材料具有多成效,关于吸波材料而言,每一组份的材料具有不合的电磁波接纳特征,多种组份的材料复应时吸波材料能统筹那种材料的利益,完成优势互补。然则多元复合材料在制备时存在的缺点也很明显,例如,不合界面的相容性差、多组分材料的分散性和均匀性不易把握等。
虽然如斯,多元体系的石墨烯基复合吸波材料的规划与制备依旧会成为将来新式吸波材料研讨的要点,作为新式基材的石墨烯也会对推动隐身体料的技巧生长以及电磁防护方面的研讨供应更年夜的感染。
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