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信息來源：Composites Part B: Engineering  摘要 利用多孔碳材料來解決電磁波干擾問題的相關(guān)報(bào)道雖十分廣泛，但單一的電磁損耗機(jī)制仍然是實(shí)現(xiàn)異常吸收的障礙。此研究通過簡單的焙燒和后續(xù)的包覆工藝合成了一系列三維多孔碳@PANI(聚苯胺)復(fù)合材料，詳細(xì)討論了多孔碳材料@PANI (PC@PANI)的形貌、納米結(jié)構(gòu)和電磁波吸收性能。結(jié)果表明，經(jīng)聚苯胺(PC@PANI-2)包覆的EDTA-2Na復(fù)合材料對電磁波的吸收性能明顯優(yōu)于純多孔碳材料。在2.6 mm處，PC@PANI-2最寬吸收帶寬(RL << span=""> 10 dB)達(dá)到 6.64 GHz (10.16–16.8 GHz)，最小反射損耗(RLmin)為-72.16 dB。與純多孔碳材料相比，復(fù)合材料的界面極化損耗等介電損耗有所提高。涂覆聚苯胺后，復(fù)合材料的電導(dǎo)率損失急劇增加，從而增強(qiáng)了材料對電磁波的吸收能力。制備的PC@PANI-2可作為低成本、環(huán)保的電磁吸收劑的首選。此外，此項(xiàng)研究豐富了對減振器的電磁損耗機(jī)理的研究。 關(guān)鍵詞：多孔碳@PANI復(fù)合材料；介電損耗；界面極化；電磁波吸收 Keywords: Porous carbon@PANI composites; Dielectric loss; Interface polarization; Electromagnetic wave absorption 成果簡介 吳廣磊教授（通訊作者，山東省泰山學(xué)者青年專家，山東省高等學(xué)校青創(chuàng)人才引育計(jì)劃團(tuán)隊(duì)“結(jié)構(gòu)-功能高分子復(fù)合材料研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”負(fù)責(zé)人，省優(yōu)青，青島大學(xué)第三層次特聘教授，復(fù)合材料與工程專業(yè)系主任）團(tuán)隊(duì)研究并報(bào)道了EDTA-2Na衍生的多孔碳復(fù)合材料，研究結(jié)果顯示，其展現(xiàn)出對電磁波的強(qiáng)吸收性能，有效吸收帶寬達(dá)到6.64 GHz，匹配厚度為2.6 mm，有望成為理想的電磁波吸收器。此項(xiàng)研究以《Morphology-control synthesis of polyaniline decorative porous carbon with remarkable electromagnetic wave absorption capabilities》為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》期刊。 背景介紹 隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子設(shè)備給人類的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來了極大的方便。然而，伴隨而來的電磁波輻射也危害著人類的生存環(huán)境。因此，電磁吸波材料已成為研究的重點(diǎn)之一。同時(shí)，具有低密度、低厚度、強(qiáng)電磁波吸收和寬帶寬等優(yōu)點(diǎn)的高性能電磁波吸收材料也越來越受到研究者的歡迎。 近年來，具有多種形態(tài)結(jié)構(gòu)的吸收電磁波材料越來越受關(guān)注。生物質(zhì)多孔碳的損耗機(jī)理包括介電損耗和磁損耗，但未摻雜其他金屬化合物或聚合物。通過提高介質(zhì)損耗，摻雜金屬化合物或聚合物后的樣品對電磁波的吸收能力顯著提高。另外，傳統(tǒng)的NiFe2O4、BaFe12O19、ZnFe2O4雖然具有良好的磁性能，但也存在渦流小等缺點(diǎn)，并且存在介電常數(shù)低，密度高，熱穩(wěn)定性差，難以實(shí)現(xiàn)高效吸收電磁波等局限性。 制備方法 圖1 PC@PANI復(fù)合材料的制備示意圖 圖文導(dǎo)讀 圖2 SEM圖像(a) PC-1 (b) EDTA 600 ?C (c) PC@PANI-1 (d) PC-2 (e) PC@PANI-2 (f) PC-3 (g) PC@PANI-3; (h-j) PC@PANI-2的EDS元素映射 圖2e顯示PC-2被聚苯胺覆蓋，孔徑為500 nm。圖2c中，由EDTA-4Na制備的PC結(jié)構(gòu)，孔分布十分均勻。圖2g-i的PC@PANI-2的EDS圖表明，樣品中含有N、C、O三種元素。 圖3 各樣品的電磁參數(shù):(a) 介電常數(shù)實(shí)部，(b) 介電常數(shù)虛部，(c) 介電常數(shù)正切，(d) PC@PANI-2的Cole-Cole圖 圖4 (a-f) 計(jì)算出的PC-1、PC-2、PC-3、PC@PANI-1、PC@PANI-2、PC@PANI-3的理論反射損失值三維圖像 樣品PC-2@PANI的電磁波吸收性能最好。EDTA中的鈉離子的存在可以增加離子通道。隨著鈉離子的增加，放電后離子通道增多，孔洞逐漸增多。當(dāng)樣品的孔越少，阻抗匹配也會(huì)越差，這將導(dǎo)致電磁波吸收性能下降。當(dāng)有太多的孔時(shí)，衰減系數(shù)不好。當(dāng)孔洞分布良好時(shí)，孔洞可以平衡樣品的阻抗匹配和衰減系數(shù)，從而提高樣品的電磁波吸收效率。 圖5 (a) 2.6 mm處各樣品的RL值(b) PC@PANI-2的RL值 PC@PANI-2在2.6 mm處電磁波吸收性能最好，EAB為6.64 GHz (10.16-16.8 GHz)?？梢钥闯?，涂覆聚苯胺的PC可以有效提高樣品的電磁波吸收性能，特別是介電性能。PC-2和聚苯胺包覆的多孔碳具有良好的電磁波吸收性能，影響電磁波吸收材料的因素有兩個(gè)，包括阻抗匹配和衰減系數(shù)。 圖6 PC@PANI-2的電磁波吸收機(jī)理 PC和PANI可以為電子在材料中的傳輸提供導(dǎo)電路徑，從而增加了材料的導(dǎo)電損耗。多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)將使電磁波轉(zhuǎn)化為熱能，消耗電磁波能量。另一方面，多孔結(jié)構(gòu)中的缺陷和雜原子可以作為極化中心，進(jìn)一步提高電磁波吸收性能。電子會(huì)聚集在大量的非均勻界面中，有利于界面極化損耗。電磁波在PC@PANI多孔結(jié)構(gòu)中的散射增加了電磁波的透射路徑，從而增強(qiáng)了電磁波的吸收特性。上述兩種介質(zhì)損耗方法的協(xié)同作用使樣品能夠有效地衰減入射電磁波能量。 結(jié)論 以EDTA-2Na為碳前驅(qū)體，通過簡單的制備和聚苯胺包覆工藝，成功合成了高孔隙率的PC@PANI-2，具有O和N雜原子與均勻分布的碳骨架。PC@PANI-2在厚度為2.6 mm時(shí)，最小RL值為-72.16 dB，最寬有效吸收帶寬達(dá)到6.64 GHz (10.16-16.8 GHz)。PC@PANI-2優(yōu)異的電磁波吸收性能歸因于其豐富的介電損耗，包括非均勻界面引起的界面極化損耗，O和N異質(zhì)原子和缺陷引起的偶極極化損耗，以及多孔碳骨架和聚苯胺的高導(dǎo)電性導(dǎo)致的導(dǎo)電損耗。PC@PANI復(fù)合材料的制備可為高性能電磁吸波器的設(shè)計(jì)提供參考。 文章鏈接： Morphology-control synthesis of polyaniline decorative porous carbon with remarkable electromagnetic wave absorption capabilities, Composites Part B, 204 (2021) 108491. https:///10.1016/j.compositesb.2020.108491  免責(zé)聲明 | 部分素材源自網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有。如涉侵權(quán)，請聯(lián)系我們處理。 2021第六屆國際碳材料大會(huì) 多孔碳材料論壇 2021年12月13-15日 | 上海跨國采購會(huì)展中心
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