南航《Carbon》：优异的微波吸收性能！多壳中空多孔碳纳米粒子

近年来，过量的电磁辐射形成了电磁污染，对人类健康和军事应用造成了诸多负面影响。微波吸收材料可以将电磁能转化为热能，妥善的解决电磁污染问题。碳基纳米材料因化学稳定性高、密度低、介电性能可控而逐渐成为微波吸收领域的研究热点。
迷人的形貌是纳米材料吸引学者的重要原因之一。许多新的纳米结构，如中空、多孔、核壳、蛋黄壳、多壳结构经常出现在前沿研究中。其中，多壳结构可以看作是中空结构、多孔结构和核壳结构的复合结构，具有重量轻、比表面积大、生物相容性好、传输效率高等特点。此外，其成分、形状、壳层参数都可以灵活调整，从而获得所需的电磁特性，甚至达到顺序吸波的效果。
多壳结构缺乏高效、简便的制备方式，一直被认为是巨大的挑战。通常，只能以连续的循环包覆步骤实现，对实验环境的稳定性和操作的精度要求很高。近日，研究人员通过经典的leyer-by-layer方式，制备了具有三层壳的酚醛树脂前驱体，在800℃的氩气环境下碳化六小时后获得三壳空心多孔碳纳米粒子（HPCNs-3）。三壳的粒子较双壳与单壳的空心粒子而言，具有更多的界面，有利于极化作用的产生。结果表明，三壳空心多孔碳纳米粒子具有出色的微波吸收性能，在1.6mm厚度下具有5.17GHz的有效吸收频带和-18.13dB的反射损耗值。相关工作以“Multi-shell hollow porous carbon nanoparticles with excellent microwave absorption properties”为题发表在国际著名期刊《Carbon》上。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622320310320
图1.制备流程图

图2.SEM和氮气吸附脱附曲线

图3.TEM

图4.XRD和Raman

图5.FT-IR和XPS

图6.复介电常数图

图7.弛豫及拟合

图8.吸波三维图

图9.四分之一波长图

图10.阻抗匹配和衰减

图11.吸波机理图
综上所述，作者对纳米级的多壳空心多孔碳纳米粒子进行壳层设计，并且研究了可能存在的吸波机理。大量的界面带来了优异的界面极化能力，使其拥有卓越的电磁波衰减特性。HPCNs-3在1.6mm厚度下具有5.17GHz的有效吸收频带和-18.13dB的反射损耗值。这项工作扩展了多壳结构对吸波性能影响的研究，为优异吸波剂的设计提供了有益参考。
*感谢论文作者团队对本文的大力支持
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