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南昌航空大学彭玉辉《Carbon》:风琴状氮掺杂Co/碳纳米片复合材料,用于宽带电磁波吸收

材料分析与应用  · 公众号  ·  · 2025-01-02 16:32

正文


1 成果简介



加强宽带电磁波吸收(EMWA)对于解决日益严重的电磁波污染问题至关重要。众所周知,磁共振可提高吸收体的磁损耗能力,从而促进宽带电磁波吸收。 本文,南昌航空大学彭玉辉老师、刘崇波教授和伏燕军教授在《Carbon》期刊发表 名为“ Nitrogen-doped Co/carbon nanosheet composites with accordion-like structures and superior magnetic resonance for broadband electromagnetic wave absorption ”的 论文, 研究 通过共沉淀法和热解法成功制备了钴/氮掺杂碳纳米片(Co/NCNS)异质结构 由此获得的材料由 CNTs 和 NCNSs 组成,其中包裹着小的Co纳米粒子,这些粒子在温度的驱动下生长,形成了具有磁共振的Co/NCNS复合材料。

这些复合材料得益于多维异质结构、优化的阻抗匹配、异质原子掺杂、丰富的异质界面和磁损耗带来的协同电磁增强。 因此,在填充物含量为 25 wt% 时,Co/NCNS显示出卓越的 EMWA 强度(-49.1 dB)和宽 EMWA 带宽(6.64 GHz)。 此外,远场电磁模拟显示,在入射角为 0° 时,雷达截面减小值达到31.5dB-m2,显示出优异的雷达隐身特性。 这项研究为构建磁损耗吸收器提供了一种直接的方法。

2 图文导读


图1. (a) Fabrication process of Co/NCNS-T. (b) XRD patterns, (c) Raman spectra of Co/NCNS-6, Co/NCNS-7, Co/NCNS-8, and Co/NCNS-9.


图2. SEM images of (a, b) Co/NCNS-6, (c, d) Co/NCNS-7, (e, f) Co/NCNS-8 and (g, h) Co/NCNS-9, XPS analysis of Co/NCNS-T: (i) survey spectrum, (j) C 1s, (k) Co 2p, (l) N 1s; (m) N species contents of Co/NCNS-T. (n) magnetic hysteresis loops of Co/NCNS-T.


图3. (a-c) TEM, (d-f) HRTEM and (g) SEM-EDS element mapping images of Co/NCNS-8 composite.


图4. 3D RL mappings and corresponding 2D RL curves of (a, b) Co/NCNS-6, (c, d) Co/NCNS-7, (e, f) Co/NCNS-8 and (g, h) Co/NCNS-9.


图5. Electromagnetic parameters of Co/NCNS-T, including (a-b) real and imaginary parts of permittivity, (c) dielectric loss tangent, (d-e) real and imaginary parts of permeability, and (f) magnetic loss tangent.



图6、(a) Electric field, magnetic field distributions, and power loss density of Co/NCNS-8 at 17.6 GHz. (b-e) 3D radar wave scattering maps of Co/NCNS-6, 7, 8, 9. (f) RCS simulated curves of PEC and Co/NCNS-T composites. (g) RCS reduction values of Co/NCNS-T at various angles.


图7. Schematic diagram of possible EMW attenuation mechanisms in Co/NCNS-T.


3 小结


综上所述,通过调制退火温度,从dia-Co(MeIm)2框架中合成了具有手风琴状结构的Co-MOF复合材料。高温热解形成了由 0D Co 颗粒、1D CNT 和 2D NCNS 组成的三维结构。由此产生的 Co/NCNS 吸收体集成了三维导电网络、丰富的异质界面,并通过掺杂杂原子增强了偶极极化。在850 °C 的最佳煅烧温度下,Co/NCNS-8会产生磁共振,从而提高磁损耗并优化阻抗匹配。因此,Co/NCNS-8 在厚度为1.56mm时的RLmin为 -49.1dB,在厚度为1.79mm时的最大EAB为6.64GHz。CST 仿真证实,Co/NCNS能在实际条件下有效耗散电磁波能量,为高性能电磁波吸收材料的设计提供了可靠的参考。


文献:

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119965


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