氧化石墨烯辅助共烧制备具有增强电磁波吸收性能的碳纳米管

探索有效的吸波材料是当今社会和科学界的热门话题，对吸波材料提出了“薄、轻、宽、强”的要求，即厚度薄、重量轻、超宽带、强吸波等。仅靠传统材料和合成方法开发的吸波材料不能同时满足当前的需求。碳纳米管(CNT)由于其优异的热导率、电子性能和机械强度而被广泛应用于许多领域。碳纳米管的合成目前有电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法等。例如，Li等人通过改进的以Ni/Y为催化剂的电弧放电装置制备的单壁碳纳米管已成功应用于电磁屏蔽[DOI：10.1021/nl0602589]领域。这些方法大多需要辅助气体和真空，工艺复杂，生产成本高。通过测量碳纳米管在硅油中分散体的加热速率来研究碳纳米管从微波频率电磁场吸收能量。结果表明，添加低至 0.04 wt% 的碳纳米管后，硅油的微波吸收率提高了 500 倍。

但在实际应用中，单一碳材料的吸波性能通常较差，通常作为提供介质损耗的组分与其他材料复合，得到高性能的电磁波吸波复合材料。碳材料可以与磁性材料结合，利用介质损耗和磁损耗的协同作用，制备性能优良的碳/磁性吸波复合材料。

哈尔滨工业大学的赫晓东教授、李建军副教授以及河北工业大学袁野教授等相关研究人员及团队基于小型有机前驱体的热反应和固相烧结工艺，制备了具有层次化结构的0D CoFe 纳米颗粒@1D 碳纳米管@2D rGO(还原氧化石墨烯)片(CoFe- cnt -rGO)吸波复合材料。相关研究结果以“Graphene oxide-assisted Co-sintering synthesis of carbon nanotubes with enhanced electromagnetic wave absorption performance”为题发表在 Carbon 上。

在反应体系中，以柠檬酸和尿素为前驱体，吸附在活性合金颗粒表面，逐渐形成碳纳米管。氧化石墨烯(GO)的引入为“柔性衬底”提供了含氧基团，可以在铁(III)/钴(II)配合物和氧化石墨烯之间生成共轭。因此，相邻分子可以定向促进碳纳米管的生长。

图1. CoFe-CNT-rGO复合材料的制备过程示意图。

图2. CoFe-CNT-rGO 复合材料的微波吸收机制示意图。

本研究的原位无模板法为大规模制备碳纳米管提供了一种有效、低成本的方法。制备的CoFe-CNT-rGO分层复合材料具有出色的电磁波吸收能力，反射损耗最低可达−56 dB。2d介质碳片、1D碳纳米管、0D CoFe纳米粒子及其相应的层次化结构的协同作用是提高电磁波吸收性能的主要原因。

文献信息：

Graphene oxide-assisted Co-sintering synthesis of carbon nanotubes with enhanced electromagnetic wave absorption performance

Rui Meng, Tieliang Zhang, Xue Liu, Pengzheng Jiao, Jianjun Li, Liyang Liu, Ye Yuan, Qingyu Peng, Xiaodong He

Carbon

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.09.018

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