哈工大《Carbon》：一种新策略，实现耐高温电磁波吸收材料！

随着电子设备日益普及，电磁污染日益增多，这不仅影响电子器件的正常使用，也对人们的生命健康造成威胁。具有高性能微波衰减功能的电磁吸收材料可以通过电磁波衰减保护我们的生命免受射频辐射的侵害。然而，影响先进的电磁衰减材料的开发和应用的关键问题是在高温下吸收电磁波的性能降低。

近日，哈尔滨工业大学Zhijiang Wang课题组研究人员通过在多孔SiC骨架中构造SiC纳米线网络，成功制造了具有多个界面的碳纳米管（CNT）衍生的二元多孔SiC。二次SiC纳米线的数量和所接收的二元SiC的电子结构通过不同的加热温度而改变。CNT衍生的SiC纳米线和SiC骨架的协同作用改善了多个界面的形成和传播路径。这些增强的介电性能可以诱导所制造的二元多孔SiC的高温EM波吸收性能。例如，最小反射损耗（RL_min在9.3-12.4 GHz频率范围内，厚度为1.8 mm时达到−47.0 dB。当温度升至600 °C时，最佳RL在8.6 GHz时可达到−51.0 dB。同时，构造SiC纳米线网络大大提高了抗压强度。CNT衍生的二元SiC的这种多功能性表明它们是优异的吸波材料，在高温下的EM波吸收中具有潜在的应用前景。这项研究工作以“Efficient high-temperature electromagnetic wave absorption enabled by structuring binary porous SiC with multiple interfaces”为题发表在国际著名期刊《Carbon》上。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622320308186

介电-磁复合材料在室温下具有出色的性能，但是磁性材料的固有局限性（在居里温度范围内失去了磁性）限制了它们在高温条件下的应用。介电型电磁波吸收材料是通过与电场相互作用来衰减EM波来确定的。一些介电吸波材料具有对高温的抗氧化性，其在高温环境中具有潜在的应用。因此，必须开发可以在高温下长时间使用的EM吸收材料。

与碳泡沫，石墨烯和MWCNT相比，基于SiC的材料由于其化学稳定性，高温和耐腐蚀性的优点而受到广泛关注。此外，作为武器和装备的结构部件，重量轻是电磁吸收器必不可少的因素。引入多孔SiC结构可以减轻设备的重量。结构和功能的集成是通过具有结构承载力的合理设计实现的。根据以前的研究，介电吸波能力主要取决于相对复介电常数，可以通过微观结构和形态来确定。根据Debye方程，极化和电导率损耗会引起介电常数虚部随温度增加的温度相关效应。减少的弛豫时间和增加的电导率归因于温度升高。

界面极化损耗与温度的关系可以补偿电导率损耗的增加，从而削弱介电常数随温度的升高。在微观尺度上引入多个界面以增强界面极化将是一种有效的方式来调节介电常数随温度的变化，可以通过SiC骨架中的第二个SiC相实现多个界面。然而，关于通过无催化剂方法制备具有非磁性组分的二元多孔SiC的研究还很少。纳米相材料表面上带有悬空键的大量原子导致界面极化和颗粒活性增大，并具有多重散射，这对于优化高温EM吸收非常重要。其他研究已成功地由多壁CNT和硅之间的反应开发出SiC纳米线。因此，通过碳纳米管和孔结构内的硅源的原位反应构建SiC纳米线是可能的。

图1 材料制备过程示意图

图2 XRD、SEM表征

图3 电磁参数

图4  吸波性能表征

图5 吸波机理分析示意图

综上所述，作者提出了一种新颖的策略，即通过碳热还原法在多孔SiC骨架中通过CNT衍生的SiC纳米线网络制备二元多孔SiC。考虑到多孔结构和纳米线的协同结构效应，所获得的二元SiC样品在高温EM波吸收方面表现出卓越的性能。可以通过改变制备温度来调节获得的二次SiC纳米线的数量。在25 °C时，最小RL在9.3 GHz至12.4 GHz范围内可以达到−47.0 dB，匹配厚度为1.8 mm。随着温度升高到600 °C，最小RL值进一步增加到-51.0 dB。（文：one end）