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扬州大学《Carbon》:双金属改良多层次碳气凝胶,用于高性能电磁波吸收
出处:材料分析与应用  录入日期:2026-06-08  点击数:1154

  1成果简介 

  

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  碳气凝胶因其轻质特性、可调导电性和结构多样性而被公认为极具前景的电磁波吸收材料,但由于阻抗失配和损耗机制单一,其性能受到限制。本文,扬州大学孙慧 教授、刘俊亮 教授等在《Carbon》期刊发表名为“Bimetal-modified multi-hierarchical carbon aerogels for high performance electromagnetic wave absorption: multi-phase coupling correlation and micro-morphologic multiple scattering strategies”的论文,研究提出了一种双金属协同策略,通过金属有机框架(MOF)衍生的自组装 followed by 热解,制备了CoNi/C复合气凝胶。

  引入的CoNi多相体系不仅通过自然共振、交换共振和涡流效应优化了磁损耗,还调控了碳基体以增强导电网络和缺陷诱导极化。该CoNi/C气凝胶在2.7 mm波长下展现出-53.12 dB的卓越电磁波吸收性能,并在3.0 mm波长下具有8.32 GHz的有效吸收带宽。此外,该气凝胶还表现出优异的雷达隐身性能。本研究通过协调结构与电磁调控,为开发轻量化、高性能的微波吸收材料提供了新策略。

  2图文导读  

  

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  图1. Illustration diagram of the synthesis for CoNi/C aerogel composite.

  

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  图2. (a) X-ray diffraction patterns, (b) Raman spectra, (c) Magnetic hysteresis loops and (d) N2 adsorption-desorption isotherms and (e) pore size distribution curves of Co/C aerogel, CoNi/C aerogel, and Ni/C aerogel. The XPS high-resolution spectra (f) C 1s, (g) Co 2p, (h) Ni 2p and (i) O 1s of CoNi/C aerogel.

  

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  图3. TEM images of Co/C aerogel (a), CoNi/C aerogel (b), and Ni/C aerogel (c); HR-TEM (d-e) and SAED (f) images of CoNi/C aerogel; STEM image of CoNi/C aerogel (g) and its corresponding EDX elemental mapping of C (h), Co (i), and Ni (j).

  

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  图4. (a) Permittivity real part, (b) imaginary part, (c) tangent (tan δε) of dielectric loss, (d) permeability real part, (e) imaginary part, (f) tangent (tan δμ) of magnetic loss of Co/C, CoNi/C and Ni/C aerogel.

  

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  图5.Co/C, CoNi/C and Ni/C aerogel: 3D (a-c) and 2D (d-f) color mapping of RL values at different thicknesses, (g-i) 2D |Zin/Z0| values at different thicknesses, (j-l) Frequency dependence of RL and |Zin/Z0|.

  

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  图6. Three-dimensional radar wave scattering signals and RCS radiation patterns at various plane wave angles (from 0° to 360°): (a) PEC, (b) Co/C aerogel, (c) CoNi/C aerogel, and (d) Ni/C aerogel; (e) schematic of the CST model; (f) 2D RCS simulation curves; (g) RCS reduction values for the samples.

  

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  图7. Schematic diagram of the EMW absorption mechanism in CoNi/C aerogel material.

  3小结 

  在本研究中,通过溶剂诱导的MOF自组装策略结合高温热解,成功制备了具有三维互连网络和均匀分散相的CoNi/C气凝胶复合材料。三维多孔结构的存在有效优化了阻抗匹配,并促进了电磁波的入射和多重散射。更重要的是,CoNi多相体系的引入构建了多重磁性网络,增强了磁损耗;同时,其丰富的异质界面与催化调控的碳基质(包括高导电性网络和可控缺陷)共同激发了强烈的界面极化、传导损耗和偶极极化,实现了介电损耗与磁损耗的协同效应。该设计在阻抗匹配与衰减能力之间实现了平衡,最终在2.7 mm厚度下获得-53.12 dB的最小反射损耗,并在3.0 mm厚度下实现8.32 GHz的超宽有效吸收带宽。本研究不仅为同时调控碳结构与电磁响应提供了设计策略,同时也为设计高性能轻质吸收材料开辟了新范式。

  文献:


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