南航姬广斌教授和南洋理工徐梽川教授Nanomicro Lett：柔性/轻质/韧性强的电磁波吸收膜

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当前，雷达探测导致飞行器被敌方探测、跟踪和攻击的可能性越来越大，而且电磁辐射也使人类生存空间的电磁环境日益恶化。因此，研究和探索高性能电磁波吸收材料具有重要意义。随着可穿戴设备的快速发展，具有良好机械性能的柔性吸波材料引起了广泛关注。然而，简单及低成本的合成工艺仍是柔性电磁膜的热点和难点之一。

南京航空航天大学姬广斌教授和新加坡南洋理工大学徐梽川教授以棉花纤维为原料，对其进行低温碳化后，与金属Fe络合物和氧化石墨烯在溶液中均匀混合，采用真空抽滤及热处理，经分子间作用力自组装形成多组分Fe₃O₄@CNWs/RGO/CFs薄膜。其中，碳纤维(CF)作为柔性骨架，并被Fe₃O₄@CNWs纳米线和RGO纳米片包覆。得益于其独特的结构，所得样品展现出良好的柔性、机械性能和电磁波吸收性能。与传统的粉末状吸波材料相比，该柔性电磁膜的实用性更大，应用前景更广。

I 柔性薄膜的制备过程及机械性能展示

图1a给出了薄膜的制备过程，其主要分为两步，第一步，棉花碳纤维、金属Fe络合物纳米线和RGO在溶液中超声混合后，通过真空抽滤得到薄膜前驱体，第二步，将薄膜前驱体置于惰性气氛中高温热解得到最终产品。图1b给出了样品的机械性能展示图，可以看出，经过弯曲和折叠后，薄膜仍然能保持完整性，表现出较好的机械性能。

图1. (a)薄膜的制备过程示意图，(b)薄膜的机械性能展示图。

II 薄膜的微结构表征

图2给出了薄膜的微观结构照片，从图2a-c中可知薄膜的厚度为363 μm，碳纤维被Fe₃O₄@CNW和rGO复合物紧密包裹，形成平整的表面。EDS Mapping (Fig. 2d-2f) 证明样品中C、O、Fe三种元素均匀。从TEM图片(Fig. 2g-2i) 可以看出Fe₃O₄@CNW为核壳结构。

图2. (a-c)S3样品的SEM照片，(d-e)S3样品的元素分布图。(g)S3样品的TEM照片，(h)Fe₃O₄纳米尺寸分布图，(i)S3样品的高分辨TEM照片。

III 薄膜的电磁特性及吸收性能

图3可知薄膜的电磁波吸收性能受碳纤维添加量影响较大。S3号样品在1.95 mm时，有效吸收频宽可达5.8 GHz，在1.95-5.0 mm厚度范围内，其累计吸收频宽可覆盖C、X、Ku波段。

图3. 不同样品的反射损耗图，(a)S0, (b) S1, (c)S2, (d)S3, (e)1.95 mm厚度下不同样品的反射损耗值，(f)S3样品在1.95-5.00 mm厚度范围内的有效吸收频宽。

从图4，图5可看出，随碳纤维含量的增加，复介电的实部和虚部都呈降低趋势。碳纤维添加量对复合磁导率影响小。从损耗因子可以看出。介电损耗在电磁损耗中占主导作用。

图4. (a)样品的复介电参数，(b-e)Cole-Cole曲线图。

图5. (a)样品的复磁导率，(b-e)介电损耗因子和磁损耗因子。

原文链接：

https://doi.org/10.1007/s40820-020-00461-x

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