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哈工程《Carbon》:N掺杂石墨烯气凝胶的异界面工程,实现出色的电磁波吸收
出处:材料分析与应用  录入日期:2024-07-05  点击数:172

  1成果简介
  超薄、轻质的优异电磁波(EMW)吸收材料因其在解决电磁污染方面的潜力而受到越来越多的关注。将异质表面工程与固有的界面极化响应相结合,开发出的材料已证明具有更强的电磁波吸收能力,但人们对其内在机理还不甚了解。本文,哈尔滨工程大学 朱春玲、陈玉金教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Heterointerface engineering of N-doped graphene aerogels anchored with ultra-small Co and MnO nanoparticles for excellent electromagnetic wave absorption”的论文,研究构建了一种三维(3D)掺杂 N 的还原氧化石墨烯气凝胶,其中含有超小 Co 和 MnO 纳米颗粒之间丰富的异质界面(NrGO/Co-MnO 气凝胶),Co 和 MnO 颗粒直径为 6.0 纳米。
  这些三维 NrGO/Co-MnO 气凝胶产生的反射损耗为 -51.7 dB,有效吸收带宽为 4.08 GHz,远高于单相气凝胶。密度泛函理论计算和实验结果表明,Co/MnO 异质界面电荷再分布引起的强界面极化、缺陷诱导极化以及介电损耗和磁损耗之间的协同效应增强了三维气凝胶的电磁波吸收特性。这些发现为创造有效的电磁波材料提供了重要的见解和基础,并凸显了纳米材料异质表面工程的前景。
  2图文导读 

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  图1.(a) 石墨烯气凝胶和Co-MnO异质界面的有益性质;(b) 制备NrGO/Co-MnO的合成过程示意图。


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  图2.NrGO/Co-MnO的形态学特征。


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  图3.微观结构和化学成分的表征。


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  图4.EMW参数分析。


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  图5.EMW吸收性能及电磁损耗机理


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  图6.有限元仿真。
  3小结
  综上所述,我们成功合成了含有大量由超小Co和MnO纳米颗粒组成的异质界面的三维自支撑N掺杂还原氧化石墨烯(NrGO/Co-MnO)气凝胶。这些Co-MnO异质界面的存在导致电荷重新分布和激活的局部电场,当它们暴露于交变电场时,界面极化损耗增加,如DFT计算所示。此外,电偶极子和额外的外来缺陷增加了偶极极性极化损耗和缺陷引起的极化损耗,协同增强了3D NrGO/Co-MnO气凝胶的电磁波吸收能力。因此,NrGO/Co-MnO气凝胶表现出优异的EMW吸收性能,在厚度为1.90 mm的情况下,反射损耗为−51.7 dB,有效吸收带宽为4.08 GHz。本文采用的异质界面工程策略为设计具有微调性的增强型EMW吸收材料提供了一条有效的途径。
  文献:


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