新型稀土掺杂石墨烯基复合吸波材料的磁性调控与吸波机制研究

Synergistic effect of various losses and a good impedance match is crucial for designing high-efficiency absorbing material.Fabrication and absorbing mechanism study of 3D nitrogen-doped graphene/Fe3-xRexO4 and nitrogen-doped graphene/Ba1-xRexFe12O19(Re=Tb、Dy、Y) composites for microwave absorbing is the purpose of the project. The influence on the microstructure, electromagnetic property, wave-absorbing property of doped ferrite from doping type, doping content and doping parameters, defects, interfacial characterization, as well as the relation between wave-absorbing property of composite microwave-absorbing materials and the content of grapheme, annealing condition will be studied systematically. The relationship between microstructure, electromagnetic property, absorbing property and adulteration, defect, interface features will be acquired, which will provide theoretical foundation for designing and fabrication of other efficient rare-earth doped composite microwave-absorbing materials. The research project will be of great significance for promoting the development of the rare earth industry of Jiangxi province.

实现多种损耗协同作用和良好的阻抗匹配是设计高效吸波材料的关键。本项目拟以重稀土元素铽、镝和钇离子分别对天然铁氧体Fe3O4和M型六角铁氧体BaFe12O19进行掺杂，然后与三维氮掺杂石墨烯(3D NG)复合，构筑3D NG/Fe3-xRexO4和3D NG/Ba1-xRexFe12O19(Re=Tb、Dy、Y)复合吸波材料，并就稀土掺杂对铁氧体的微结构、磁性及复合吸波材料的电磁特性、吸波性能的调控作用，以及石墨烯氮掺杂与铁氧体的重稀土掺杂带来的缺陷和掺杂石墨烯与掺杂铁氧体异质界面特性对复合吸波剂电磁特性和吸波性能的调控作用进行深入研究。以获得掺杂、缺陷和异质界面特性对铁氧体微结构、磁性，复合吸波剂的电磁特性，以及复合吸波材料吸波性能的影响规律，理解三维复合材料的吸波机制。为开发稀土掺杂其他类型铁氧体复合吸波材料提供理论依据。本项目研究对于推动江西省稀土产业的发展具有重要的意义。

对传统的磁性材料进行稀土离子掺杂改性，然后与性能优异的碳纳米管、石墨烯形成复合吸波材料近年来引发人们的广泛关注。课题组在项目基金支持下聚焦于新型碳基磁性复合吸波材料的制备及其吸波机理研究。一方面，基于MOF构筑磁性钴/氮掺杂碳纳米管复合吸波材料La2O3/Co@NCNTs和CuCo/NCNT，分别获得厚度为2.45mm时的-53.4dB的最大反射损耗、4.34GHz的有效吸收带宽和厚度为2.60mm时的-54.13dB的最大反射损耗、4.01GHz的有效吸收带宽，为设计制备轻质异质界面碳基吸波材料提供了有效的借鉴。另一方面，分别对M型铁氧体BaFe12O19和尖晶石结构铁氧体Li0.5Fe2.5-xRexO4进行稀土掺杂，再与氮掺杂石墨烯复合，构筑NG/BaFe12-xRexO19(Re= Er、Ho、Dy、Tb、Y)和NG/Li0.5Fe2.5-xRexO4(Re= Er、Ho)复合吸波材料。分别研究了稀土离子种类、掺杂量、退火温度、界面极化等对复合吸波材料性能的影响。得到的NG/ BaEr0.2Fe11.8O19复合材料，厚度为2.2mm时，最小反射损耗达-49.5dB，当厚度为2.0mm时，有效吸收带宽达5.11GHz。NG/ BaHo0.2Fe11.8O19吸波剂厚度为2.2mm时，最小反射损耗为-46.4dB，有效吸收带宽达5.5GHz。对于NG/ BaDy0.2Fe11.8O19复合材料，厚度为2.2mm时，最小反射损耗达-49.5dB，当厚度为2.0mm时，有效吸收带宽达5.11GHz。对于NG/ BaTb0.2Fe11.8O19，当吸波剂的厚度仅为2.0mm时，可得到-66.18dB的反射损耗，有效吸收带宽4.53GHz。NG/ BaHo0.2Fe11.8O19吸波剂的厚度为2.0mm时，可得到-50.5dB的反射损耗，有效吸收带宽4.65GHz。Li0.5Fe2.45Er0.05O4/NG20吸波剂厚度为2.5mm时，最大反射损耗达-50.67dB，有效吸收带宽为4.71GHz。而对于稀土掺杂四氧化三铁/氮掺杂石墨烯，无论是磁性，还是吸波性能，都具有较大的不可控性，还需进一步深入研究。项目研究成果具有一定的科学意义和潜在的应用价值。也对提升课题组研究水平和人才培养具有重要意义。