石墨烯-(Fe3O4/FeO)@碳核壳结构复合材料的多机制协同效应:超薄宽带微波吸收材料的突破性设计

【字体: 时间:2025年07月01日 来源:Polymer Composites 4.7

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  为解决宽带微波吸收材料中磁-介电参数匹配难题,研究人员通过原位碳化-相变耦合策略,成功构建了具有多异质界面的(Fe3O4/FeO)@碳核壳结构复合材料(F@C)。研究发现,石墨烯(GR)缺陷和含氧官能团促进电子跃迁传导,Fe3O4/FeO异质界面磁耦合效应显著增强电磁能耗散。当F@C含量为20%、GR负载5 wt%时,复合材料在Ku波段实现-55.54 dB最小反射损耗和4.8 GHz有效吸收带宽,雷达截面模拟证实其可吸收88.89%入射电磁波能量。该研究为开发先进超薄宽带吸波材料提供了关键理论技术支撑。

  

这项研究巧妙利用尖晶石型铁氧体的结构调控原理,通过原位碳化-相变耦合技术,制备出具有多重异质界面的(Fe3O4/FeO)@碳核壳复合材料(F@C)。材料表征显示该体系展现出高饱和磁化特性,就像给电磁波设下了"磁性陷阱"。深入探究电磁损耗机制时发现,石墨烯(GR)中的晶格缺陷和含氧官能团如同"电子高速公路",显著促进了电子跃迁传导;而Fe3O4/FeO异质界面产生的磁耦合效应,则像"能量转化器"般大幅提升电磁能耗散效率。

当配方优化至F@C含量20%、GR负载5 wt%时,复合材料在微波战场(Ku波段)展现出惊艳表现:仅1.55 mm的"超薄战甲"就能在15.12 GHz频率实现-55.54 dB的"隐身性能",有效吸收带宽覆盖4.8 GHz(13.2-18 GHz),相当于让电磁波"有来无回"。雷达截面模拟更证实,这种材料在±90°入射范围内能吞噬88.89%的电磁波能量,宛如一张无形的"电磁黑洞网"。

通过晶体相变工程与界面极化调控的"双剑合璧",该研究不仅建立了磁-介电参数匹配模型,更为设计下一代超薄宽带吸波材料提供了"基因蓝图",在军事隐身技术、电磁防护等领域具有重要应用前景。

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