北京化工大学《Carbon》:石墨烯气凝胶包裹双碳壳CoFe@C@C纳米立方体,用于构建高性能微波吸收材料

为了降低复合材料的密度,还引入了低密度、高损耗的石墨烯。石墨烯的加入不仅保持了 Co-Fe PBA 的原有形态,加速了电子转移,还提高了复合材料的微波吸收能力。同时,在适当温度下对材料进行热处理有助于增大比表面积,增加电磁波进入材料的概率,此外多孔结构还能增加多次反射的概率。这项研究为合理设计基于 MOFs 的有效微波吸收复合材料提供了一种新方法。

成果简介

最近,普鲁士蓝类似物(PBAs)因其在高温热解后转变为介电/磁耦合复合材料并能保持其基本形态而备受关注。然而,利用 PBAs 设计高效的微波吸收材料仍是一项挑战。本文,北京化工大学 赵东林 教授团队在《Cabron》期刊发表名为“Graphene aerogel encapsulated double carbon shell CoFe@C@C nanocubes for construction of high performance microwave absorbing materials”的论文,研究采用简单的湿化学合成方法制备了 PBA,并在其外层封装了聚多巴胺(PDA)碳壳和石墨烯气凝胶(GA)。经过高温热处理后,金属元素还原成磁性 CoFe 合金,有机配体和 PDA 炭化成碳壳,形成石墨烯包覆双碳壳包覆核壳结构(CFCCG)。其中,Co-Fe PBA 中 Co 原子和 Fe 原子优异的磁性导致的磁滞损耗可吸收电磁波,有助于优化阻抗匹配;PDA 在高温下碳化成碳壳,有利于保持复合材料的形貌,从而提高复合材料的比表面积,改善电子导电性。

此外,为了降低复合材料的密度,还引入了低密度、高损耗的石墨烯。石墨烯的加入不仅保持了 Co-Fe PBA 的原有形态,加速了电子转移,还提高了复合材料的微波吸收能力。同时,在适当温度下对材料进行热处理有助于增大比表面积,增加电磁波进入材料的概率,此外多孔结构还能增加多次反射的概率。厚度仅为 2.33 毫米的 CFCCG7 的 EAB 为 6.32 GHz,RLmin 为 -63.33 dB,其有效微波吸收范围包括整个 Ku 波段。这项研究为合理设计基于 MOFs 的有效微波吸收复合材料提供了一种新方法。

图文导读

北京化工大学《Carbon》:石墨烯气凝胶包裹双碳壳CoFe@C@C纳米立方体,用于构建高性能微波吸收材料

图1、a)显示了CoFe@C的制备过程和Co-Fe PBA框架示意,b)显示了Co-Fe PBA衍生的CFCC的制备方法,c)是Co-Fe PBA/GA在蒲公英上的照片。d)显示了CFCCG的制备过程

北京化工大学《Carbon》:石墨烯气凝胶包裹双碳壳CoFe@C@C纳米立方体,用于构建高性能微波吸收材料

图2.(a) Co-Fe PBA的XRD图谱;(b) Co-Fe PBA@PDA;(c) Co-Fe PBA@PDA/GA;(d) 氟氯化碳;(e) 氟氯化碳;(f) CFCCGx;(g) CFCx的拉曼光谱;(h) 氟氯化碳;(i) CFCCGx (x = 6,7,8)。

北京化工大学《Carbon》:石墨烯气凝胶包裹双碳壳CoFe@C@C纳米立方体,用于构建高性能微波吸收材料

图3、采用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对复合材料形貌进行了表征。Co-Fe PBA的SEM图像,平均尺寸约为200 nm

北京化工大学《Carbon》:石墨烯气凝胶包裹双碳壳CoFe@C@C纳米立方体,用于构建高性能微波吸收材料

图4、VSM用于表征CFCx、CFCCx和CFCCGx的磁特性

北京化工大学《Carbon》:石墨烯气凝胶包裹双碳壳CoFe@C@C纳米立方体,用于构建高性能微波吸收材料

图5.(a–c) CFC7、(d–f) CFCC7 和 (g–i) CFCCG7 的三维图、相应的投影图像和 RL 的最优曲线

北京化工大学《Carbon》:石墨烯气凝胶包裹双碳壳CoFe@C@C纳米立方体,用于构建高性能微波吸收材料

图6。(a–c)CFC7、(d–f)CFCC7和(g–i)CFCCG7的RL的三维图、相应的投影图像和最佳曲线。

北京化工大学《Carbon》:石墨烯气凝胶包裹双碳壳CoFe@C@C纳米立方体,用于构建高性能微波吸收材料

图7. CFCCG7 复合材料的电磁吸收机制示意图。

小结

综上所述,采用湿化学法制备了 Co-Fe PBA 前驱体,然后分别通过搅拌自聚合和水热法制备了 Co-Fe PBA@PDA/GA。而 CFCx、CFCCx 和 CFCCGx 复合材料则是通过对前驱体进行不同温度的热处理制备而成。其中,CFCCGx 复合材料中石墨烯的加入可使 CoFe@C@C 纳米管均匀分散,带来大量异质界面,从而提高介电损耗。通过控制热处理温度,不仅可以调节碳壳的石墨化程度和还原氧化石墨烯的还原程度,还可以调节材料的导电率,从而进一步影响阻抗匹配。在只有 20% 负载的情况下,三种温度热处理得到的复合材料都具有一定的微波吸收能力。通过 700 °C 热处理得到的 CFCCG7 具有最优异的微波吸收特性,在厚度为 2.33 mm 时,14.9 GHz 的RLmin为 -63.33 dB,此外,在此厚度下,覆盖整个 Ku 波段的 EAB 为 6.32 GHz。这为合理设计具有多层核壳结构的高效 MOF 基微波吸收材料提供了新的视角,也为合理设计 PBA 基复合材料提供了新的方法。

文献:https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119081

本文来自材料分析与应用,本文观点不代表石墨烯网立场,转载请联系原作者。

(0)
材料分析与应用材料分析与应用
上一篇 2024年3月28日 16:37
下一篇 2024年3月28日 18:24

相关推荐

发表回复

登录后才能评论
客服

电话:134 0537 7819
邮箱:87760537@qq.com

返回顶部