石墨烯∕Fe3O4复合材料的制备及电磁波吸收性能

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaSep．252011V01．32No．91732-1739ISSN1000-6893CN11·1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．013hkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)09—1732—08石墨烯／Fe304复合材料的制备及电磁波吸收性能李国显，王涛，薛海荣，胡园园，何建平*南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏南京210016摘要：为扩展石墨烯的应用领域，对磁性功能化石墨烯的电磁波吸收性能进行研究。在氧化石墨与Fe。

2、0。粒子的悬浮液中添加还原剂水合肼，微波辐照反应制备石墨烯／Fe。04复合物。采用X射线衍射、透射电镜等手段对材料的结构和Fe。o。的分布状态进行了测试表征。采用矢量网络分析仪测定了材料在0．1～18．0GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率。利用Cole-Cole图解释了复合材料的介电特性。利用计算机模拟出不同厚度材料的电磁波衰减性能。结果表明，当石墨烯和Fe304粒子以质量比10：1复合得到的吸波剂材料的匹配厚度在2．o～2．5mm变化时，反射损耗小于一20dB的频率覆盖6．5～8．7GHz。调节Fe。0。粒子的相对含量，复合材料的反射损耗最小可

3、以达到一49．7dB。复合材料的强吸收特性预示了其作为电磁波吸收材料的潜在应用前景。关键词：石墨烯；Fe。O。；介电常数；磁导率；电磁波吸收中图分类号：V257；0648；TB33文献标识码：A随着现代军事探测技术和制导技术的迅速发展，电磁波吸收材料日益受到重视[1≈]。理想的吸波材料要求具有“薄”、“轻”、“宽”、“强”的特点。单一类型的材料很难同时满足要求，因此需要将具有不同特性的材料进行优化复合以获得最佳效果‘4‘9‘。石墨烯自出现以来E]03，其独特的力学、电学、光学及磁学性能便引起了广泛关注[1卜”]。石墨烯具有的特殊二维片状结构有利于对电

4、磁波的吸收【l3

5、，以此为基体负载铁氧体形成石墨烯／铁氧体复合材料，可以发挥以下优势：首先，石墨烯的电导率和热导率高，比表面积大，质量轻，这些性能有利于电磁波的吸收和衰减；其次，铁氧体粒子的引入可以增强石墨烯的铁磁性，使复合材料兼具磁损耗与电损耗，有利于实现电磁匹配；最后，铁氧体的反射率损耗一般发生在较低频率范围(<10GHz)，而石墨材料的反射率损耗通常位于高频区，因此，两种材料的复合还有利于吸收频带的拓宽[14

6、。本文以天然石墨为原料，采用Hummers[151法制备氧化石墨，经超声波处理分散于水中，引入Fe。O。粒子、还原剂水合肼，在微波辐照下

7、反应，得到石墨烯／Fe。O。复合物。尝试在合成过程中添加不同含量的Fe。0。，研究石墨烯与Fe。04相对含量变化对吸波性能的影响规律，以期制备出高吸波性能的复合材料。1实验1．1原料浓硫酸(AR，扬州沪宝化学试剂有限公司)；天然石墨粉(上海实意化学试剂公司)；高锰酸钾收稿日期：2010．12—03；退修日期：2011．04．01：录用日期：2011．05．11：网络出版时间：2011—06—1617：28网络出版地址：www．cnkinet／kcms／detail／11．1929．V．20110616．1728002．htmlDOI：CNKI：11．

8、1929／V．20110616．1728．002基金项目：国家自然科学基金(50871053)；航空科学基金(2007ZF52061)*通讯作者．Tel．：025·52112900E-mail：jianph@nuaa．edu，cn戤用格式

9、李国星，王涛，薛海荣，等．石墨,牾／Fe304复合材辩的刳备爱电磁渡吸牧性能EJI÷兢空学扳．20¨，32(9)：1732-1739．LiGuoxian·WangTao，XueHairong，eta1．Synthesisofgraphene／Fe，Ocompositematerialsandtheirelectro

10、magneticwav8absorptionpropertiesL-jj．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica。20l1，32(9)：1732-1739．李国显等：石墨烯／Fe。O．复合材料的制备及电磁渡吸收性能733(AR，上海中试化工总公司)；乙酸钠(AR，广东西陇化工厂)；聚乙二醇一20000(PEG-20000)(CP，成都科龙化工试剂厂)；FeCl。·6H20(AR，国药集团化学试剂有限公司)；盐酸HC!(AR，扬州沪宝化学试剂有限公司)；30％H：O。(AR，扬州沪宝化学试剂有限公司)；乙二醇(AR，南京

11、化学试剂有限公司)。矢量网络分析仪分析材料的吸波性能，测试频率范围为0．1～18．0GHz，将待测的材料粉末