哈尔滨工业大学–嵌入石墨烯结构碳壁的fefe3c颗粒上生长的垂直石墨烯片和fe3o4纳米棒的多孔复合材料用于高效微波吸收

制备高性能微波吸收材料在民用和军事领域具有重要意义，但仍具有挑战性。本研究采用简单碳热还原的方法，将Fe/Fe₃C颗粒嵌入石墨烯结构多孔碳(FGPC)中作为三维骨架，然后通过热化学气相沉积、固溶法和热处理的方法，在FGPC (FGPC/ VGSs和FGPC/VGSs/Fe₃O₄)上连续生长垂直石墨烯纳米片(VGSs)和Fe₃O₄纳米棒。作为比较，我们还制备了在不含Fe/Fe₃C粒子的GPC上生长的VGSs和Fe₃O₄纳米棒(GPC/VGSs和GPC/VGSs/Fe₃O₄)。研究了它们的微波吸收特性。得益于多组分集成和精心设计的结构，FGPC/VGSs/Fe₃O₄具有优异的微波吸收性能，15.3 GHz时最佳反射损失为-64.7 dB，匹配厚度为1.7 mm，填充量为12 wt%，有效吸收带宽超过4.8 GHz。这是阻抗匹配和衰减能力平衡的结果。具体来说，磁粒子和纳米棒的引入改善了阻抗匹配。多重反射和散射、适度的导电损耗和磁损耗增强了微波的衰减。因此，本工作为设计高效、轻量化的多维多组分微波吸收器开辟了道路。

图1. 分级FGPC/VG/Fe₃O₄制备工艺示意图。

图2. 不同放大倍率下（a，b）FGPC、（c，d）FGPC/VGSs和（e，f）FGPC/VGSs/Fe₃O₄的SEM图像。

图3. (a,b) FGPC的TEM图像。(c) FGPC的SAED图像。(d-f) FGPC的HRTEM图像。(g.h) FGPC/VGSs的TEM图像。(i.j) FGPC/VGSs/Fe₃O₄的TEM和HRTEM图像。(k) FGPC/VGSs/Fe₃O₄的SAED图像。

图4. (a) XRD谱图。(b)拉曼光谱。(c)不同样品的场相关磁化曲线。(d) 图(c)中放大后的磁场相关磁化曲线。

图5.在2-18 GHz频率范围内，填充量为12 wt%的不同样品的电磁参数。

图6. 填充量为12 wt%时(a,b) FGPC/VGSs， (c,d) GPC/VGSs， (e,f) FGPC/VGSs/Fe₃O₄，和(g.h) GPC/VGSs/ Fe₃O₄的RL曲线和3D图。

图7. (a)不同样品在最佳厚度时相对输入阻抗的频率依赖性。(b) FGPC/VGSs /Fe₃0₄可能的EMW吸收机制示意图。

相关研究成果由哈尔滨工业大学材料科学与工程学院Jie Yu等人于2022年发表在Journal of Alloys and Compounds (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.164232)上。原文：Porous composites of vertical graphene sheets and Fe₃O₄ nanorods grown on Fe/Fe₃C particle embedded graphene-structured carbon walls for highly efficient microwave absorption。