无线技术、可穿戴电子设备和第五代无线系统(5G)的快速技术更新为我们提供了舒适,智能的生活。然而,电子产品产生的电磁辐射每天都在不断增长,导致对高性能微波吸收材料的迫切需求。对于便携式电子产品,理想的吸波材料应满足以下特性:吸收层厚度较小(小于2毫米),并且具有介电可调性,重量轻和多功能性。与磁性吸波材料不同,介电微波吸收材料更适用于电驱动以调整微波吸收能力,原因是在调整过程中仅需要考虑介电常数。
二维材料石墨烯是一种介电材料,由于其优异的导电性、化学稳定性、重量轻,是电子产品生产中电磁波吸收的最有潜力的候选者,并且可以用作设计和组装新型功能性吸波纳米微粒的基础材料。电子设备的有效工作频率为2.0–8.0 GHz,但由于石墨烯强介电损耗和微弱的磁损耗引起的阻抗匹配差使得纯石墨烯具有较差的阻抗匹配和较差的低频微波吸收性能,因此这严重阻碍了石墨烯在电子工业领域的应用。最近的研究表明,用磁性纳米粒子修饰石墨烯是提高由阻抗不匹配和不良的低频微波吸收能力引起的较差性能的理想方法。然而,磁性纳米粒子总是倾向于团聚,这导致微波吸收性能以及使用寿命的严重恶化。
论文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202001686
图1.C@MoO2/G复合材料合成过程的示意图
在这项工作中,通过使用N,P掺杂的碳壳和N,P掺杂的RGO支撑物(表示为C@MoO2/G)之间夹着微小的MoO2簇(约12 nm或更小),制备了二维三元杂化复合材料。
图2. C@MoO2/G复合材料的表征
C@MoO2/G-0,C@MoO2/G-1和C@MoO2/G-2 的明场扫描透射电子显微镜(BF-STEM)图像显示均匀覆盖了许多无定形碳在还原的氧化石墨烯纳米片的表面上,MoO2团簇被完全包封在多孔碳中,阻碍了团聚和MoO2团簇的进一步生长。
图3. 反射损耗曲线
图4 吸波机理分析
反射损耗RL值是评估材料吸波性能的重要参数,由于MoO2的均匀分散和小尺寸,C@MoO2/G-1和C@MoO2/G-2表现出比C@MoO2/G-0更好的RL特性。C@MoO2/G-0的最佳RL值在厚度为1.85 mm的10.5 GHz时仅达到-9.8 dB。但是,C@MoO2/G-1在16 GHz时厚度仅为1.5 mm时可达到−35.4 dB的最强吸收强度,而有效吸收频带EAB在2.1 GHz时厚度仅为4.5 mm(9至13.5 GHz)。C@MoO2/G-2在6.9 GHz,厚度为5 mm时产生的RL峰值为-33.5 dB,在厚度为3.35 mm时,EAB为8.9至13.78 GHz(即4.88 GHz)。该复合材料介电损耗占主导,良好阻抗匹配导致宽频率吸波能力,这对于改善低频衰减和强吸收至关重要。覆盖在MoO2颗粒和碳层中的石墨烯片也构成了微电流导电网络。此外,偶极极化和界面极化也发挥作用。
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