石墨烯-羰基铁粉线材的制备及其吸波性能分析
Preparation of graphene-carbonyl iron powder wire and analysis of its wave absorption performance
收稿日期：2021–06–21；录用日期：2021–08–12
作者：叶喜葱*1,2, 欧阳宾2, 杨超2, 胡正浪2, 何恩义1,2, 吴海华1,2
单位：1. 三峡大学 石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心；2. 三峡大学 机械与动力学院
基金项目：国家自然科学基金(51575313)；宜昌市石墨-石墨烯增材制造重点实验室(YKLGAM202001)
关键词：复合材料；石墨烯；羰基铁粉；吸波性能；电磁参数
创新点
设计了一种用于3D打印的具有优异微波吸收性能新颖石墨烯-羰基铁粉/聚乳酸复合材料，为结构型超宽带微波吸波体的快速设计和制造提供支撑。
选题依据
随着电子设备的广泛应用和信息产业的加速发展，电磁技术已应用于各个行业。电子产品的应用给人类带来便利的同时，电磁辐射所造成的污染也很难避免，已经威胁到人们的生产经营和生活环境。因此，研究能够减少电磁辐射的反射或透射的微波吸收材料对保护人类健康具有重要意义。然而，对于理想的高质量的吸波材料的设计和制造，特别是对于宽微波吸收带、强微波吸收、低密度和低辐射的微波吸波材料，目前仍然存在着困难。石墨烯作为碳材料的重要组成，具有独特物理性质和微观结构，其在微波衰减材料中的发展引起了广泛的科学兴趣。然而，由于石墨烯在基体中的分散性较差，单一损耗机制以及界面阻抗与自由空间的不匹配会极大地阻碍了其实际应用。而羰基铁粉作为一种磁损耗型的吸波材料，具有成本低、有较低的电导率、饱和磁化强度和磁导率高、吸波频带宽、吸波效果好等优点。将石墨烯和羰基铁粉进行复合会大大改善其阻抗匹配特性。因此制备石墨烯-羰基铁粉/聚乳酸微波吸收复合材料对应对电磁波污染具有先进意义。
研究方案或路线
研究内容与数据
复合材料的制备过程
图1 RGO-CIP/PLA复合粉末DSC曲线
图2 挤出机各部分示意图
复合材料的表征
图3 石墨烯-羰基铁粉/聚乳酸复合材料的TG图
图4 不同RGO含量的 RGO-CIP/PLA复合材料的XRD图
复合材料的微波吸收性能分析
图5 不同RGO含量的RGO-CIP/PLA复合材料的反射损耗与频率之间的关系：d=1 mm（a）、d=2 mm（b）、d=3 mm(c)、d=4 mm（d）
图6 不同RGO含量的RGO-CIP/PLA复合材料的三维微波反射损耗图：0％RGO（a）、1％RGO（b）、2％RGO（c）、3％RGO（d）、4％RGO（e）、5％RGO（f）
图7 不同RGO含量的RGO-CIP/PLA复合材料的阻抗匹配图
主要结论
1) 制备了不同石墨烯含量和20wt%羰基铁粉含量的RGO-CIP/PLA复合材料。在 20-200 ℃的实验温度范围内，RGO-CIP/PLA复合粉末的DSC升温曲线变化相对于 CIP/PLA复合粉末，基本上一致；TG曲线可以看出，随着RGO的加入，其复合材料的热稳定性随之增加，同时复合材料的残碳率也逐渐增加。
2) 在提高 RGO 的含量之后， RGO-CIP/PLA复合材料的介电性能在整个频率上都有所增加， 5%石墨烯 的RGO-CIP/PLA复合材料的复介电常数实部达到了18.49；磁性能在频率范围内，随着频率的增大而减小。
3) 制备的 RGO-CIP/PLA复合材料具有吸波频段宽、吸收强度大的特点。在吸收层厚度为 3 mm时，4%RGO含量的复合材料其吸波性能最优，达到了-27.25 dB最大的反射损耗值，同时其吸收带宽为 2.922 GHz（7.227-10.149 GHz），在吸收层为 2 mm时，4%RGO含量的复合材料的有效吸收带宽最宽，为 5.647 GHz，同时其最大 RL的值达到了24.5 dB。
作者简介
第一作者<<<<
欧阳宾，男，1997年生，硕士研究生。主要研究方向：3D打印吸波材料。
通信作者<<<<
叶喜葱，男，教授，三峡学者，博士，硕士研究生导师。主要研究方向：先进材料设计及成形制造技术研究与应用（包括3D打印及其工程应用）。
引用格式：
叶喜葱, 欧阳宾, 杨超, 等. 石墨烯-羰基铁粉线材的制备及其吸波性能分析[J]. 复合材料学报, 2022, 39(7): 3292-3302.
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