氮掺杂石墨的一步电爆法制备及吸波性能

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32766

材料工程与机械制造

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氮掺杂石墨的一步电爆法制备及吸波性能

魏玉鹏¹^,²^,³, 刘乐乐¹^,², 郭荣鹏¹^,², 达怡萱¹^,², 张萌¹^,², 路钲淇¹^,², 颜学冰¹^,², 周辉¹^,², 王旭东⁴, 朱亮¹^,²()

^1.兰州理工大学材料科学与工程学院，兰州 730050
^2.兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室，兰州 730050
^3.西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司稀有金属特种材料国家重点实验室，石嘴山 753000
^4.兰州工业学院材料工程学院，兰州 730050

收稿日期:2025-09-09 修回日期:2025-10-04 接受日期:2025-11-10 出版日期:2025-12-25 发布日期:2025-12-23
通讯作者: 朱亮 E-mail:zhul@lut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52262012);甘肃省重点研发计划-工业领域(25YFGA025);中色（宁夏）东方集团有限公司稀有金属特种材料全国重点实验室开放课题基金(SKL2021K001);甘肃省在站博士后专项(23JRRA762);甘肃省高等学校青年博士基金(2023QB-051)

One-step electrical explosion preparation of nitrogen-doped graphite and its microwave absorption properties

Yupeng WEI¹^,²^,³, Lele LIU¹^,², Rongpeng GUO¹^,², Yixuan DA¹^,², Meng ZHANG¹^,², Zhengqi LU¹^,², Xuebing YAN¹^,², Hui ZHOU¹^,², Xudong WANG⁴, Liang ZHU¹^,²()

^1.School of Materials Science and Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China
^2.State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Nonferrous Metals，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China
^3.State Key Laboratory of Special Rare Metal Materials，Northwest Rare Metal Materials Research Institute Ningxia Co. ，Ltd，Shizuishan 753000，China
^4.School of Materials Engineering，Lanzhou Institute of Technology，Lanzhou 730050，China

Received:2025-09-09 Revised:2025-10-04 Accepted:2025-11-10 Online:2025-12-25 Published:2025-12-23
Contact: Liang ZHU E-mail:zhul@lut.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52262012);Key Research and Development Plan of Gansu Province(25YFGA025);State Key Laboratory of Special Rare Metal Materials, China Nonferrous Metal （Ningxia） Orient Group Co., Ltd(SKL2021K001);The Postdoctoral Program at Station of Gansu(23JRRA762);University Young Doctor Support Program in Gansu Province in 2023(2023QB-051)

摘要/Abstract

摘要：

石墨烯因其优异的电导率和低密度具有很大的应用潜力，但单一石墨烯因无法满足阻抗匹配的要求，限制其在电磁波吸收领域的应用。目前氮掺杂可以优化石墨烯的微波吸收性能，然而其制备工艺繁杂且制备过程中伴随着环境污染的有机废液，因此采用低成本石墨替代石墨烯简便制备碳基吸波复合材料，具有重要的研究价值。通过一步电爆炸法在不同比例氮氩混合气氛中制备出氮掺杂石墨电磁波吸收材料。实验结果表明：在50vol%氮氩混合气氛下制备的氮掺杂石墨最小反射损耗值为-50.40 dB。在厚度为1.30 mm时，其最大有效吸收频宽可达4.24 GHz，雷达反射截面（RCS）缩减值达到36.46 dB·m²。一步电爆法制备氮掺杂石墨为低成本电磁波吸波材料的设计提供新思路。

关键词: 电爆炸, 氮掺杂石墨, 微波吸收性能, 反射损耗值, 雷达反射截面

Abstract:

Graphene exhibits significant application potential due to its excellent electrical conductivity and low density. However， the inability of pristine graphene to satisfy impedance matching criteria limits its application in the electromagnetic wave absorption field. Currently， nitrogen doping can optimize the microwave absorption properties of graphene， but the preparation process is complicated and accompanied by the generation of organic waste liquids that cause environmental pollution. Therefore， replacing graphene low-cost graphite to fabricate carbon-based wave-absorbing composite holds considerable research value. In this study， the nitrogen-doped graphite as electromagnetic wave-absorbing materials were prepared by a one-step electrical explosion method under nitrogen-argon （N₂-Ar） mixed atmospheres with different volume ratios. Experimental results demonstrate the the nitrogen-doped graphite prepared under a 50vol% N₂-Ar mixed atmosphere achieves a minimum Reflection Loss （RL） value of -50.40 dB. When the thickness is 1.30 mm， its maximum Effective Absorption Bandwidth （EAB） reaches 4.24 GHz， and the Radar Cross-Section （RCS） reduction value attains 36.46 dB m². The one-step electrical explosion method for preparing the nitrogen-doped graphite provides a new insight for the design of low-cost electromagnetic wave-absorbing materials.

Key words: electrical explosion, nitrogen-doped graphite, microwave absorption properties, reflection loss, Radar Cross-Section (RCS)

中图分类号:

V254

魏玉鹏, 刘乐乐, 郭荣鹏, 达怡萱, 张萌, 路钲淇, 颜学冰, 周辉, 王旭东, 朱亮. 氮掺杂石墨的一步电爆法制备及吸波性能[J]. 航空学报, 2026, 47(12): 432766.

Yupeng WEI, Lele LIU, Rongpeng GUO, Yixuan DA, Meng ZHANG, Zhengqi LU, Xuebing YAN, Hui ZHOU, Xudong WANG, Liang ZHU. One-step electrical explosion preparation of nitrogen-doped graphite and its microwave absorption properties[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(12): 432766.

图/表 15

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

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图 11

图 12

表1

图 13

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参考文献 52

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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

合成方法		样品	主要原料	环境友好	RL_min （匹配厚度）	文献
一步	粉末电爆炸法	氮掺杂石墨（N5）	石墨粉、氮和氩气	是	-50.40 dB（1.25 mm）	本文
一步	丝电爆炸法	FeCo/石墨烯复合材料	Co、Fe丝和石墨烯	是	-59.05 dB（1.50 mm）	［21］
两步	冻结-干燥+煅烧	rGO/g-C₃N₄	氧化石墨烯（GO），三聚氰胺	否	-47.98 dB（4.44 mm）	［40］
	碳化煅烧+氮化处理	Fe4N/rGO/NPC	聚氨酯泡沫胶， Fe₄［Fe（CN）₆］₃	否	-53.09 dB（2.20 mm）	［42］
	搅拌过滤干燥+煅烧	Ni@N-HCNs	EtOH， HCHO， NH₃⋅H₂O， C₆H₆O₂， NaCl， AANi	否	-37.70 dB（2.20 mm）	［45］
	静态沉淀+热压诱导	Ni@MXene	Ti₃AlC₂， NiCl₂·6H₂O， N₂H₄·H₂O， NaOH， PEG， DMF	否	-68.67 dB（2.05 mm）	［46］
	水热自组装+冷冻干燥	NGAs	氧化石墨烯， EDA	否	-56.40 dB（2.00 mm）	［47］
	水热自组装+冷冻干燥	NRGO/MWCNTs	氧化石墨烯， EDA	否	-46.30 dB（1.40 mm）	［48］
三步	重氮偶合反应+溶剂热+高温热解	CoFe/C@N， S-rGO	CoCl₂·6H₂O， FeCl₂·4H₂O， GO， DHTA， DMF	否	-53.80 dB（4.00 mm）	［41］
	Hummers法+超声干燥+煅烧	Co@N-RGO	石墨粉， Co（NO₃）₂‧6H₂O， C₄H₆N₂， CH₃OH	否	-48.90 dB（1.90 mm）	［43］
	Hummers法+水热反应+冷冻干燥处理	3D NG/Wax	石墨粉，硫酸，高锰酸钾， EDA，乙醇	否	-54.00 dB（3.20 mm）	［44］

氮掺杂石墨的一步电爆法制备及吸波性能

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