青岛大学《Carbon》：超轻质空心碗状碳作为微波吸收器，具有宽带和低填料负荷

1成果简介 

随着军用飞机设备和可穿戴民用电子设备的发展，轻量化在吸波材料的设计中变得越来越重要。本文，青岛大学解培涛副教授、李星运教授、刘春朝教授等在《Carbon》期刊发表名为“Ultra-lightweight hollow bowl-like carbon as microwave absorber owning broad band and low filler loading”的论文，研究采用硬模板法可控构建空心碗状碳（HBC）材料，其可调孔结构、表面性质以及壳体厚度使其性能优异。

壳厚为3 nm的HBC在吸收体含量为4%时表现出最佳的吸波性能。其最小反射损耗值为−50 dB，厚度为2.26 mm，而其有效吸收带宽（在2 mm的固定厚度下）可宽至7.04 GHz（10.96-18 GHz）。一方面，薄壳是实现轻量化的关键，另一方面，碗状形状可防止渗流网络的形成。渗流行为分析表明，在吸收体含量质量分数低的情况下，HBC材料可以获得适度的介电常数和损耗，从而实现良好的阻抗匹配和足够的衰减能力。本工作为利用多孔碳材料开发轻质高性能吸波材料提供了一种有效且可持续的途径。

2图文导读  

方案1.HBC-1、HBC-2和HBC-3合成过程示意图。

图1.（a-c）SEM图像，HBC-1，HBC-2，HBC-3的（d-f）TEM图像。

图2.（a） XRD图谱，（b） HBC-1、HBC-2和HBC-3的拉曼光谱。

图3.（a） HBC-1、HBC-1 和 HBC-1 的 C 1s、（b） O 2s 和 （c） N 3 的高分辨率 XPS 光谱，（d） HBC-1、HBC-2 和 HBC-3 的电化学阻抗谱。

图4.（a， b） HBC-3、（c， d） HBC-1、（e， f） HBC-2 的三维 （3D） 反射损耗图和相应的投影图

图5.（a）ε′随吸收剂填充含量的变化而变化，（b）不同HBC-3含量吸收材料的ε“的频率分散，（c）ε”和棕褐色δ随吸收体填充含量的变化而变化，（d）μ“/（μ′2f） 用于吸收分别含有 7.5% HBC-1、5% HBC-2 和 4% HBC-3 的材料。（b） 中的红色实线是传导损耗的拟合结果。

图6.HBCs中EM微波吸收的机制

3小结 

综上所述，采用缺陷碳结构和sp2杂化石墨结构。HBC-3具有最薄的壳厚，介孔纹理和更高的石墨化度，保证了增强的界面极化和偶极极化。同时，HBC-3在超低质量分数的吸收体下表现出优异的吸波性能，具有重量轻的优点。。本工作为利用多孔碳材料开发轻质高性能吸波材料提供了一种有效且可持续的途径。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118156

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来源：文章来自carbon网站，由材料分析与应用整理编辑。

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