西安工业大学《Carbon》：新型纳米复合材料，优异的吸波性能！

如今，先进的电磁波(EMW)吸收材料正被广泛应用于无人驾驶、第五代通信、地外探索等新兴领域，以应对电磁干扰和通信安全带来的挑战。通常，理想微波吸收(MA)材料的主要指标应该是高反射损耗(RL)、宽有效吸收带宽(EAB)、低填料负载和薄匹配厚度。虽然在制造新型毫安时材料方面取得了显著进展，如石墨烯、碳纳米管、铁氧体等。合成过程的复杂性、阻抗不匹配和这些材料的低衰减能力仍然使得新吸收材料的开发面临许多挑战。在这方面，考虑到磁性碳成分之间优异的介电-磁互补性，将磁性成分结合到介电材料中已被证明是优化吸收器的衰减能力和阻抗匹配的有效方法。

除了多组分策略之外，结构设计也是获得吸波材料优异性能的一个有意义的途径。一方面，界面空位不仅可以调节过高的复介电常数，还可以作为极化中心。边缘丰富的不饱和配位可以显著增强介电损耗所需的极化。另一方面，得益于包括多孔材料、中空材料和层状材料在内的独特结构的组合，电磁辐射的传播路径由于多次反射而延伸，这进一步提高了EMW吸收体的吸收能力。

开发具有高反射损耗、宽有效吸收带宽(EAB)、低填充量和薄匹配厚度的先进电磁波(EMW)材料被认为是解决EMW污染的有效策略。然而，设计合理的结构和适当的成分以满足先进吸波材料的要求仍然是一个巨大的挑战。西安工业大学Xiaochuang Di等研究人员设计并合成了一种由氮掺杂的生物质衍生碳和镍/碳纳米球组成的纳米复合材料。

结果表明，连续导电网络不仅可以提高导电损耗，而且为EMW的反射和散射提供了前景。此外，花瓣状magneticporous carbon （MPC）@镍/碳纳米复合材料具有大量缺陷和异质界面，可实现多极化。同时，在碳材料上分散性好的超小镍纳米粒子和镍/碳纳米球有利于介质-磁性结合，实现阻抗匹配。因此，优化的MPC @镍/碳纳米复合材料表现出非凡的微波吸收性能。准确地说，当填料加入量为20 wt%时，MPC@Ni/C的最佳RL值达到-73.8 dB，相应的EAB高达5.8 GHz，厚度为2.2毫米。这一工作填补了由多磺酸粘多糖衍生物和BDC (Biomass-derivedcarbons)组成的纳米复合材料研究的空白，为设计高性能吸波材料的综合策略提供了参考价值。这项研究工作以“Heterostructure design of Ni/C/porouscarbon nanosheet composite for enhancing the electromagnetic wave absorption”为题发表在国际著名期刊《Carbon》上。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622321004334

图1. MPC @镍/碳纳米复合材料合成过程示意图

图2. MPC@Ni/C 扫描电镜图和eds图

图3  反射损耗RL图

图4  电磁波吸收机理分析

综上所述，本文采用简易的溶剂热法和随后的退火处理制备了高性能的多孔碳@镍/碳纳米复合材料。源于PC的3D结构不仅构建了传导损耗所需的连续网络，还为EMW的反射和散射提供了可能性。与纯聚碳酸酯相比，聚碳酸酯@镍/碳纳米复合材料的吸波性能有显著提高，这可能是由于金属镍和碳纳米片的协同效应带来了优异的阻抗匹配和衰减。基于上述机理，作者研究了填料含量对吸波性能的影响。当填料含量为20 wt%时，MPC@Ni/C纳米复合材料具有优异的EMW吸收性能。这一工作为设计和合成由MOF衍生物和BDC组成的纳米复合材料提供了可靠的基础，为探索先进的EMW材料提供了新的途径。（文：one end）