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Jüngste Fortschritte bei mehrschichtigen Graphen / hexagonalen Bornitrid-Nanopartikeln, die Verbundmaterialien absorbieren

Sep 20, 2019

Mit dem Fortschritt der Gesellschaft und der rasanten Entwicklung der elektronischen Informationstechnologie sind alle Arten von elektronischen Produkten zu einem unverzichtbaren Bestandteil des Lebens der Menschen geworden. Während elektronische Produkte uns Bequemlichkeit bringen, wird das Problem der durch sie verursachten elektromagnetischen Verschmutzung immer ernster. Die Entwicklung neuer und effizienter Materialien zur Absorption und Abschirmung elektromagnetischer Wellen ist zu einem wichtigen Mittel zur Lösung dieses Problems geworden. Darüber hinaus stellt die Entwicklung der Stealth-Technologie höhere Anforderungen an absorbierende und elektromagnetische Abschirmmaterialien. Ideale mikrowellenabsorbierende Materialien haben normalerweise die Eigenschaften " dünne Dicke, geringes Gewicht, starke Absorption und breites Frequenzband ". Es ist schwierig, dass herkömmliche Mikrowellen absorbierende Einzeltypen wie Ruß, Ferrit und leitfähiges Polymer gleichzeitig die obigen Anforderungen erfüllen. Daher sind absorbierende Verbundmaterialien zu einem Forschungsschwerpunkt auf dem Gebiet der Absorption elektromagnetischer Wellen und der Abschirmmaterialien geworden.

Graphen hat auf dem Gebiet der elektromagnetischen Abschirmmaterialien und absorbierenden Materialien aufgrund seiner hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Aufgrund seiner ausgezeichneten Leitfähigkeit und seines Nichtmagnetismus weist Graphen jedoch eine schwerwiegende Impedanzfehlanpassung auf, was zu seiner schwachen Absorptionseigenschaft führt. Traditionelle Verfahren verwenden normalerweise magnetische Metall- oder Metalloxidpartikel, um die Leitfähigkeit und die magnetischen Eigenschaften von Graphen zu verbessern, seine Impedanzanpassung zu optimieren und dann seine Absorptionseigenschaften zu verbessern. Diese Art von Graphen-Verbundwerkstoff weist jedoch einige Probleme auf, wie beispielsweise eine hohe Dichte und eine schlechte Korrosionsbeständigkeit, die sich von dem idealen Konstruktionskonzept zum Absorbieren von Materialien unterscheiden.

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Abb. 1. Herstellung von mehrschichtigen Graphen / hexagonalen Bornitrid-Nanopartikel-Kompositen.

Basierend auf den obigen Problemen haben wir mehrschichtige Graphen / hexagonales Bornitrid-Nanopartikel-Komposite (Abbildung 2) durch Kugelmahlen (Abbildung 1) hergestellt und hexagonale Bornitrid-Nanomaterialien mit ähnlicher Struktur und ähnlichen Eigenschaften mit mehrschichtigem Graphen compoundiert. Auf der Grundlage der Beibehaltung der intrinsischen Eigenschaften von Mehrschichtgraphen wurden die magnetischen und leitenden Eigenschaften von Mehrschichtgraphen optimiert und die Absorptionseigenschaften von Mehrschichtgraphen effektiv verbessert.

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Figure 2. Mikrostruktur von mehrschichtigen Graphen / hexagonalen Bornitrid-Nanopartikel-Kompositen.

Der Gehalt an hexagonalen Bornitrid-Nanopartikeln hat einen wichtigen Einfluss auf die mikrowellenabsorbierenden Eigenschaften von Verbundwerkstoffen aus mehrschichtigen Graphen / hexagonalen Bornitrid-Nanopartikeln. Mit zunehmendem Gehalt an hexagonalen Bornitrid-Nanopartikeln wurden die mikrowellenabsorbierenden Eigenschaften der Komposite erst verstärkt und dann geschwächt. Wenn der Gehalt an hexagonalen Bornitrid-Nanopartikeln in den Verbundwerkstoffen 40 Gew .-% beträgt, weisen die Verbundwerkstoffe die besten Absorptionseigenschaften auf und die Absorptionsrate kann 99,9999% erreichen (3).

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Figure 3. Mikrowellenabsorbierende Eigenschaften von Mehrschicht-Graphen / hexagonalem Bornitrid-Nanopartikel-Verbundwerkstoffen : (a) der erhaltene Absorber auf der Basis von Mehrschichtgraphen, (b) der kugelgemahlene Absorber auf der Basis von Mehrschichtgraphen, (c) der Absorber auf der Basis von MG / h-BNNP-10% , (d) Absorber auf MG / h-BNNP-20% -Basis, (e) Absorber auf MG / h-BNNP-30% -Basis und (f) Absorber auf MG / h-BNNP-40% -Basis。

Die Einführung hexagonaler Bornitrid-Nanopartikel kann die Leitfähigkeit und den Magnetismus von mehrschichtigem Graphen einstellen, die Impedanzanpassung optimieren (Abb. 4), den Debye-Relaxationsprozess erhöhen (Abb. 5), den Energieumwandlungspfad verlängern und damit die Mikrowellenabsorption signifikant verbessern Eigenschaften von mehrschichtigem Graphen.

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Abb. 4. Impedanzanpassungseigenschaften von Mehrschicht-Graphen / hexagonalem Bornitrid-Nanopartikel-Kompositen :: a) das erhaltene Mehrschicht-Graphen, (b) kugelgemahlenes Mehrschicht-Graphen, (c) MG / h-BNNP-10%, (d) MG / h-BNNP-20%, (e) MG / h-BNNP-30% und f MG / h-BNNP-40% basierende Absorber。

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Abb. 5. Debye-Relaxationseigenschaften von Mehrschicht-Graphen / hexagonalem Bornitrid-Nanopartikel-Kompositen: a ) das erhaltene Mehrschicht-Graphen, b) kugelgemahlenes Mehrschicht-Graphen, c) MG / h-BNNP-10%, d) MG / h-BNNP-20%, ≤ e ≤ MG / h-BNNP-30% und ≤ f ≤ MG / h-BNNP-40% basierende Absorber ≤

Darüber hinaus ist das Herstellungsverfahren für den Verbund aus mehrschichtigen Graphen- / hexagonalen Bornitrid-Nanopartikeln einfach, in großen Mengen leicht herzustellen und weist eine geringe Dichte (0,45 g / cm³) auf. Daher hat es breite Anwendungsaussichten.