基于三维石墨烯的太赫兹屏蔽/隐身复合材料设计及其吸波机制研究

In this project, Broadband microwave absorption Properties of 3 dimensional graphene composites will be investigated. Graphene is used as efficient energy loss unit in construction of 3 dimensional materials. Other microwave absorbing materials, including Mxenes and carbon nanotube, are introduced into 3 dimensional graphene networks to enhance the microwave absorbing ability. These materials will exhibit a good microwave absorption performance in very wide THz electromagnetic wave frequency ranges, which are occupied for many critical applications, including radar detections, satellite communications, and Information protection.

太赫兹技术被称为“改变未来世界的技术”之一，在军用雷达、太空探测、反恐、通信、检测和探损等领域中具有非常重要的应用前景。现有的吸波材料主要是为对抗GHz频段电磁波的探测而设计，新型太赫兹雷达将使最先进的隐身装备无所遁形。关于高效太赫兹屏蔽/隐身材料的研究还面临巨大的挑战。为了突破传统吸波材料的限制，本项目提出了材料隐身和结构隐身相融合实现宽频太赫兹波隐身的新思路。设计基于石墨烯的三维多孔网络，控制石墨烯的化学组成及表面开孔结构，同时兼具石墨烯材料吸波与微纳米结构隐身的特性，构建吸波性能和频率范围可调的超宽频隐身材料。揭示石墨烯及其复合材料的太赫兹波隐身/屏蔽机理，建立宽频高效太赫兹波隐身/屏蔽模型。

太赫兹隐身/屏蔽材料在未来航空航天、国防军工、信息安全等领域具有重要的应用前景。本项目以发展轻质宽频高效的太赫兹波隐身/屏蔽复合材料为核心目标，从材料设计和结构调控等方面开展研究工作。取得的主要的研究成果如下：（1）发展了多种超薄太赫兹屏蔽材料，分析了其组成和结构对太赫兹波反射/吸收性质的影响，揭示了石墨烯等二维纳米材料对太赫兹的响应机制；（2）设计了基于石墨烯的三维功能结构，利用臭氧反应合成了富含拓扑缺陷的三维石墨烯气凝胶，为三维石墨烯的电磁参数调控提供了新的思路；（3）制备了一系列基于三维石墨烯的太赫兹屏蔽/吸收材料，分析了其多尺度结构与太赫兹/微波吸收、屏蔽性能的构效关系；（4）阐明了石墨烯复合材料对太赫兹波隐身/屏蔽机理，揭示了材料本征电磁性质与吸收、屏蔽之间的内在关系，建立了高效宽频太赫兹波隐身/屏蔽材料设计模型。本项目的研究成果促进了太赫兹屏蔽/吸收材料领域的发展，对于未来设计和制备高性能电磁功能材料具有重要的理论指导意义。