清华大学《Carbon》：环保规模化制备SiC/石墨烯纳米复合材料，促进微波吸收技术的工业化发展

图1. 碳化硅/石墨烯纳米复合材料的燃烧合成示意图。

图2. 合成产物（a）和碳化硅/石墨烯纳米复合材料（b）的 XRD 图样。图中还显示了初始碳化硅粉末的 XRD 图样，以作对比。各相的 PDF 卡号分别为：β-SiC（#04-003-3260）、α-SiC（#00-029-1126）、石墨烯（#00-056-0159）、MgSiO3（#97-015-9566）、MgSiO4（#00-004-0768）和 MgO（#04-008-8462）。碳化硅/石墨烯纳米复合材料的拉曼光谱 (c) 以及 ID/IG 比率与起始成分中镁含量的函数关系 (d)。

图3、XPS survey spectra (a-f and a1-f1) of SiC/graphene nanocomposites and mass loss (g) as a function of Mg content in the starting compositions: (a, a1) SiC-10; (b, b1) SiC-20; (c, c1) SiC-30; (d, d1) SiC-40; (e, e1) SiC-50; (f, f1) SiC-60.

图4、 SEM images with EDS results of SiC/graphene nanocomposites: (a) SiC; (b) N-SiC-10; (c) EDS spectrum of the large round particle marked with “MgSiO3” in (b); (d) SiC-10; (e) SiC-30; (f) SiC-50.

图5. Schematic of formation mechanism of SiC/graphene nanocomposites.

图6、The Two-dimensional and three-dimensional plots of the RL as function of frequency and thickness of SiC/graphene nanocomposites: (a, a1) SiC-10; (b, b1) SiC-20; (c, c1) SiC-30; (d, d1) SiC-40; (e, e1) SiC-50; (f, f1) SiC-60.

图 7、Schematic of the microwave-absorbing mechanisms for SiC/graphene nanocomposites.

采用燃烧合成技术制备了碳化硅/石墨烯纳米复合材料，并研究了镁含量对纳米复合材料微观结构和微波吸收性能的影响。通过改变石墨烯的含量可以调节纳米复合材料的介电性能。纳米复合材料介电性能的最佳镁含量为 60 wt%。厚度为 4.5 mm 的纳米复合材料在 6.15 GHz 时的 RLmin 为 -63.94 dB，EAB 为 4.05 GHz。这种优异的性能归功于纳米复合材料良好的阻抗匹配能力、独特的异质结构和起皱的石墨烯网络，它们有助于产生强大的介质损耗、导电损耗和多重散射。这项研究为大规模、环保地生产高性能、无磁性 SiC基微波吸收材料提供了有效策略，为微波吸收技术的产业化发展奠定了基础。