石墨烯增强Fe3O4/乙基纤维素复合微球吸波性能

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27549

材料工程与机械制造

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石墨烯增强Fe₃O₄/乙基纤维素复合微球吸波性能

叶永盛¹^,², 丁迪², 吴海华¹^,²(), 何恩义¹^,², 殷诗浩², 胡正浪², 杨超²

^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，宜昌　443002
^2.三峡大学机械与动力学院，宜昌　443002

收稿日期:2022-05-31 修回日期:2022-06-16 接受日期:2022-07-18 出版日期:2023-06-15 发布日期:2022-08-03
通讯作者: 吴海华 E-mail:wuhaihua@ctgu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(51575313);石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心开放基金(HRCGAM202106);石墨增材制造宜昌市重点实验室开放基金(YKLGAM202005)

Graphene-enhanced Fe₃O₄/ethylcellulose composite microspheres with wave absorption properties

Yongsheng YE¹^,², Di DING², Haihua WU¹^,²(), Enyi HE¹^,², Shihao YIN², Zhenglang HU², Chao YANG²

^1.Graphite Additive Manufacturing Technology and Equipment Hubei Engineering Research Center，China Three Gorges University，Yichang 　443002，China
^2.School of Machinery and Power，China Three Gorges University，Yichang 　443002，China

Received:2022-05-31 Revised:2022-06-16 Accepted:2022-07-18 Online:2023-06-15 Published:2022-08-03
Contact: Haihua WU E-mail:wuhaihua@ctgu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(51575313);Open Fund of Hubei Provincial Engineering Research Center of Graphite Additive Manufacturing Technology and Equipment(HRCGAM202106);Open Fund of Yichang Key Laboratory of Graphite Additive Manufacturing(YKLGAM202005)

摘要/Abstract

摘要：

多元复合材料有利于实现高效、轻质、宽频的吸波效果，在航空航天领域具有重要的研究与应用价值。通过乳化反应制备了以乙基纤维素（Ec）为骨架的还原氧化石墨烯（rGO）-Fe₃O₄/Ec复合微球，采用X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）和矢量网络分析仪（VNA）对复合微球的物相结构、微观形貌和电磁性能进行表征与分析。结果显示复合微球内部通过Ec与rGO、Fe₃O₄有序组合，Ec形成丰富的多孔结构，增强了微波多重反射和散射。当rGO含量为6.6wt%、厚度为1.8 mm时，在14.32 GHz处达到最小反射损耗（-30.35 dB），有效吸收频宽为4.88 GHz（12.24~17.12 GHz）。

关键词: 石墨烯, 复合材料, 吸波机理, 阻抗匹配, Fe₃O₄

Abstract:

Multi-component composite materials are conducive to the realization of high-efficiency， light-weight and broadband absorbing effects， and have important research and application value in the aerospace field. Reduced Graphene Oxide （rGO）-Fe₃O₄/Ethyl Cellulose （Ec） composite microspheres with Ec as the skeleton were prepared by emulsification reaction， and the physical structure， microscopic morphology and electromagnetic properties of the composite microspheres were characterized and analyzed by X-Ray Diffractometer （XRD）， Raman Spectroscopy （Raman）， Scanning Electron Microscopy （SEM） and Vector Network Analyzer （VNA）. The results show that the composite microspheres are ordered internally by the combination of Ec with rGO and Fe₃O₄， and Ec forms a rich porous structure， which enhances multiple reflection and scattering of microwaves. When the graphene content is 6.6wt% and the thickness is 1.8 mm， the minimum reflection loss （–30.35 dB） is achieved at 14.32 GHz， and the effective absorption bandwidth is 4.88 GHz （12.24–17.12 GHz）.

Key words: graphene, composite, absorbing mechanism, impedance matching, Fe₃O₄

中图分类号:

V257

叶永盛, 丁迪, 吴海华, 何恩义, 殷诗浩, 胡正浪, 杨超. 石墨烯增强Fe₃O₄/乙基纤维素复合微球吸波性能[J]. 航空学报, 2023, 44(11): 427549-427549.

Yongsheng YE, Di DING, Haihua WU, Enyi HE, Shihao YIN, Zhenglang HU, Chao YANG. Graphene-enhanced Fe₃O₄/ethylcellulose composite microspheres with wave absorption properties[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(11): 427549-427549.

图/表 16

图1

图2

表1

图3

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图6

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图10

图11

图12

图13

图14

表2

参考文献 42

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名称	含量/g
名称	Ec	Fe₃O₄	rGO
0wt% rGO-Fe₃O₄/Ec	2.5	2.0	0
1.4wt% rGO-Fe₃O₄/Ec	2.5	2.0	0.1
4.1wt% rGO-Fe₃O₄/Ec	2.5	2.0	0.3
6.6wt% rGO-Fe₃O₄/Ec	2.5	2.0	0.5
7.8wt% rGO-Fe₃O₄/Ec	2.5	2.0	0.6
10.2wt% rGO-Fe₃O₄/Ec	2.5	2.0	0.8

材料	基体	最小反射损耗/dB	厚度/mm	有效吸收频宽/GHz
Fe₃O₄/rGO^［29］	石蜡	-22.10	5.00	3.30
Fe₃O₄/rGO^［30］	石蜡	-22.70		3.13
Fe₃O₄-rGO^［31］	石蜡	-30.10	1.48
rGO/Fe₃O₄^［32］	石蜡	-42.10	3.50
rGO-Fe₃O₄^［33］	石蜡	-48.60	2.10	6.32
Fe₃O₄/rGO^［34］	石蜡	-65.10	1.70	4.64
Fe₃O₄/石墨烯纳米片^［35］	石蜡	-8.75	1.50	-2.50
Fe₃O₄/poly/rGO^［36］	石蜡	-15.68	4.00	2.00
Fe₃O₄/Fe纳米环@rGO^［37］	石蜡	-23.09	4.00	3.90
Fe₃O₄@C/rGO^［38］	石蜡	-59.23	1.50	6.24
Fe₃O₄@SiO₂/rGO^［39］	石蜡	-55.40	3.50	6.24
C-Fe₃O₄/石墨烯^［40］	石蜡	-31.20	10.00
石墨烯纳米片-介孔Fe₃O₄@ZnO^［41］	石蜡	-40.00		11.40

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石墨烯增强Fe₃O₄/乙基纤维素复合微球吸波性能

Graphene-enhanced Fe₃O₄/ethylcellulose composite microspheres with wave absorption properties

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