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复旦大学:一种原位取向生长策略,制备优异吸波材料!

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磁性材料在传统学科中具有重要的应用,例如信息存储,传感器,磁流体和雷达隐身。近年来,随着纳米材料科学技术的发展,不同磁响应材料的应用和开发越来越受到关注,特别是在提高存储组件,微纳米器件,生物医学应用和电磁波能量转换的潜力方面。

如今,精密仪器的电磁屏蔽和军事装备的伪装能力都对电磁波的吸收提出了更严格的要求,尤其是在微波波段。因此,许多工作集中在制造有效的微波吸收或电磁干扰屏蔽材料上。电磁波分为两个相互作用的分量:电场和磁场。对于纯介电微波吸收(MA)复合材料,难以同时满足热稳定性,强损耗和宽带吸收的问题,这限制了它们的实际应用。由于强烈的铁磁谐振行为和畴壁位移,具有独特性能的磁性材料成为MA候选材料。这些功能不可能在纯电介质系统中体现。作为一种重要的功能材料,基于磁性的吸收器具有满足苛刻要求的巨大潜力。由于出色的磁性,四氧化三铁材料已经引起了在各种领域的广泛应用,诸如数据存储,生物医学科学,传感器,铁磁流体和能量转换。

 

通过控制磁性材料的生长,可以有效地调节表面磁结构和电磁响应行为,而这一直是一个巨大的挑战。近日,复旦大学车仁超课题组通过将Kirkendall扩散应用于取向生长过程,开发了一种原位取向生长策略以构建微米级的Fe3O4–Fe3O4@C异质结。经过沉淀和相变过程,取向的Fe3O4八面体紧密地扎根于各向异性的Fe3O4@C体中,构造各种磁性结构并增强杂散磁场强度。合成后的磁电介质微球对电磁波表现出出色的能量转换能力,包括强大的反射损耗(RL:-40.8 dB,2.0 mm)和超宽吸收区(〜11.04 GHz,约占测试频率的69%)!相关研究工作以“Orientation growth modulated magnetic-carbon microspheres toward broad band electromagnetic wave absorption”为题发表在国际著名期刊《Carbon》上。

 

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000862232030909X

 

图1. 通过Kirkendall扩散效应和取向生长过程可能形成Fe3O4–Fe3O4@C异质结构的机理

图2. 可能的电磁波损耗机理是:(a,b)磁耦合,(c)磁共振,(f)涡流损耗,(g)导电损耗,(h)界面极化和(i)磁性和碳质物质之间的协同作用

图3 形貌SEM图

图4 吸波性能表征

图5 Fe3O4–Fe3O4@C的TEM图像(a),全息图像(b),电场分布(c)和电荷密度分布(d)

 

 

综上所述,作者对微米级的Fe3O4–Fe3O4@C异质结构复合材料进行了精确设计,其中涉及喷雾干燥,相变和原位定向再生。定向的Fe3O4多面体根植于Fe3O4@C体中,构造了独特的表面磁结构。优化的Fe3O4–Fe3O4@C吸波材料表现出最大RL值为-40.8 dB,超宽吸收范围,在仅2.0 mm的范围内可从6.96到18 GHz覆盖11.04 GHz。作者还探索了损耗机理,局部电荷密度分布表明,价电子在微米级界面区域中积累,这有利于提高介电损耗。粒子间发生各向异性的磁耦合,不仅扩大了响应范围,而且提高了能量耗散强度(文:one end)

 

本文来自微信公众号“材料科学与工程”。欢迎转载请联系,未经许可谢绝转载至其他网站。

 

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