背景及成果简介
随着电子通信技术的广泛应用，电磁辐射成为一种严重的污染源，不仅对邻近的电子设备产生干扰，还会严重影响人类的身心健康。因此，设计和制备高性能微波吸收材料就成为一个重要且紧迫的课题。近些年来，碳基磁性泡沫材料，特别是石墨烯基磁性泡沫材料，由于高比表面积、低密度和优异的导电性能，已经成为一类高效微波吸收材料。然而，目前很多磁性粒子是直接被负载在石墨烯多孔骨架的外表面。在恶劣的环境中，磁性粒子由于直接接触外界环境，极易发生自身氧化或腐蚀，会严重影响复合材料吸波性能的稳定性和耐久性。因此，如何合理构建外部保护壳体来保护磁性颗粒免于外界环境的侵蚀对于开发高性能石墨烯基磁性微波吸收材料至关重要。
本文，江南大学刘天西教授课题组在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Corrosion-Resistant Graphene-Based Magnetic Composite Foams for Efficient Electromagnetic Absorption”的论文，研究报道了一种耐腐蚀性的石墨烯基碳包铁(GN/Fe@C)磁性复合泡沫。以水热方式制备氧化石墨烯泡沫基体,酞菁铁(FePc)杂合子在溶剂热条件下自组装在石墨烯泡沫骨架上；经过高温退火处理，酞菁铁杂合子发生自身裂解，形成磁性Fe粒子的同时并在其外部形成碳壳保护层。
研究发现，石墨烯泡沫骨架和磁性Fe@C颗粒之间层级阻抗梯度结构的合理构建有利于泡沫材料的表面阻抗匹配和衰减特性的优化，从而使得入射电磁波能够更充分地进入材料内部进行有效耗散。当退火温度为800 ℃，时间为6 h时，兼具低密度（11.36 mg/cm3）的GN/Fe@C复合泡沫展现出最佳微波吸收性能。当材料厚度为3.85 mm时，其在9.33 GHz频率下表现出最小反射损耗值（-72.46 dB），性能远优于商用微波吸收材料（-10 dB）。同时，有效吸收带宽（< -10 dB）可以达到4.32 GHz（7.68-12.00 GHz），吸收波段覆盖整个X波段。此外，微波吸收性能可以通过改变退火温度和时间来进行有效调控。更重要的是，碳包铁结构的形成大幅改善了磁性材料的耐腐蚀性，使复合泡沫具有良好的稳定性和耐久性。经过200 h中性盐雾试验后，复合泡沫仍然具有优异的微波吸收效果，当材料厚度为3.15 mm时，其在12.69 GHz频率下表现出最小反射损耗值（-47.63 dB）。同时，有效吸收带宽（< -10 dB）可以达到7.38 GHz（10.62-18 GHz），优异的吸波性能使其有望应用于严酷的潮湿环境中。
图文导读
方案1. GN/Fe@C泡沫制备示意图
图1. (a,e) GN、(b,f) GN/FePc 杂化和 (c,g) GN/ Fe@C的横截面 SEM 图像；(d) GN/ Fe@C表面的水滴照片；(h) GN/ Fe@C 的 TEM 图像。
图2. FePc 杂化物的 (a) FTIR 和 (b) UV-vis 光谱，以及 GN、FePc 杂化物、GN/FePc 杂化物和 GN/ Fe@C 的 (c) XRD 和 (d) 磁滞回线。
图3. (a) GN、(b) GN/FePc hybrid 和 (c) GN/ Fe@C和 (d) 对应的衰减常数曲线的二维阻抗匹配等值线图 (| Z in /Z o |)泡沫。
方案2. GN/ Fe@C中不同微波吸收机制的示意图：(a) 多次反射/散射，(b) 传导损耗，(c) 界面极化，(d) 偶极极化，和 (e) 磁损耗
图4. 不同厚度 (1-5 mm) 泡沫在0.5-18 GHz时的3D反射损耗和等高线图
图5、 GN/ Fe@C在 (a) 3、(b) 6 和 (c) 9 小时退火的二维反射损耗图和 (d) 相应泡沫的 MA 性能总结。
图6. (a,d) 0、(b,e) 100 和 (c,f) 200 h 盐雾试验后GN/ Fe@C泡沫的3D 反射损失和等高线图。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.1c23439
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