Advanced Nanocomposites綜述：生物質(zhì)衍生多孔碳基復(fù)合材料在電磁波吸收領(lǐng)域的研究進(jìn)展
文章來(lái)源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2025-11-20 15:36:14
|
本文要點(diǎn)
綠色碳源的新思路：生物質(zhì)材料（如木材、稻草、藻類、幾丁質(zhì)等）因呈現(xiàn)天然多孔結(jié)構(gòu)、元素組成多樣、儲(chǔ)量豐富而成為理想碳源。論文指出，通過高溫碳化、化學(xué)活化、脫木質(zhì)素或脫脂處理等方法，可在保持原有多孔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，形成高比表面積、缺陷豐富和雜原子摻雜的碳骨架，從而顯著提升介電損耗與極化能力。研究表明，合理的孔徑分布和層級(jí)結(jié)構(gòu)有助于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，使更多電磁波能夠順利進(jìn)入到材料內(nèi)部。三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，以及缺陷誘導(dǎo)的偶極極化與多異質(zhì)界面形成的界面極化可以促進(jìn)電磁波能量的耗散。這種“多級(jí)孔結(jié)構(gòu)—導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)—極化損耗”多因素協(xié)同機(jī)制，是生物質(zhì)多孔碳實(shí)現(xiàn)高效吸波的核心。
三類生物源碳的設(shè)計(jì)策略：根據(jù)生物質(zhì)來(lái)源的不同，論文將研究體系分為三類。植物源多孔碳材料：利用木材、稻草、棉纖維等植物質(zhì)作為前驅(qū)體，通過構(gòu)建多孔結(jié)構(gòu)，再引入磁性組分（如Fe?O?、Co、Ni）或?qū)щ娞盍希ㄈ?/span>CNTs、MXene）等，豐富損耗機(jī)制，實(shí)現(xiàn)協(xié)同吸收。動(dòng)物源多孔碳材料：以殼聚糖、蛋白質(zhì)或羽毛等動(dòng)物質(zhì)作為前驅(qū)體，經(jīng)金屬鹽活化與碳化，可獲得富含N/O等雜原子的蜂窩狀碳骨架，以此為基體制備的復(fù)合材料可實(shí)現(xiàn)高極化與磁損耗特征。微生物源多孔碳材料：以菌絲體或細(xì)菌纖維素為模板，構(gòu)建低密度、高孔隙率的三維網(wǎng)絡(luò)，有望實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)化與寬頻吸收的平衡。上述研究成果表明，生物質(zhì)不僅能提供天然模板，更可作為“結(jié)構(gòu)—性能協(xié)同設(shè)計(jì)”的起點(diǎn)，通過前驅(qū)體調(diào)控、復(fù)合填料和界面工程，實(shí)現(xiàn)材料吸波性能的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。
吸波機(jī)理與結(jié)構(gòu)調(diào)控：論文系統(tǒng)總結(jié)了BPC復(fù)合材料的主要吸波機(jī)制。阻抗匹配：通過分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的構(gòu)建有利于提高材料整體阻抗匹配性能，使更多的電磁波能夠有效進(jìn)入到材料內(nèi)部；電導(dǎo)損耗：多孔結(jié)構(gòu)形成的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和自身可調(diào)的電性能可以引發(fā)電導(dǎo)損耗；多重反射/散射：分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)有利于入射電磁波發(fā)生多重反射/散射，延長(zhǎng)電磁波傳輸路徑，增加傳輸損耗；偶極/界面極化：雜原子摻雜或負(fù)載其它材料，會(huì)提高復(fù)合材料的偶極極化損耗，形成的異質(zhì)界面與分級(jí)孔洞產(chǎn)生的極化效應(yīng)會(huì)增強(qiáng)界面極化能力；磁損耗：通過引入磁性金屬或鐵氧體等可以引發(fā)渦流損耗和自然/交換共振等磁損耗機(jī)制；干涉損耗：四分之一波長(zhǎng)相消干涉機(jī)制在分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)中得到強(qiáng)化，是吸波材料實(shí)現(xiàn)強(qiáng)吸收性能的重要因素之一。
面向未來(lái)，綠色、輕質(zhì)、可持續(xù)、多功能：作者指出，生物質(zhì)多孔碳復(fù)合材料的未來(lái)發(fā)展將集中在以下幾個(gè)方向。綠色高效制備：開發(fā)更溫和、低能耗的活化與改性工藝；結(jié)構(gòu)-成分一體化設(shè)計(jì)：結(jié)合原位摻雜與復(fù)合策略，兼顧電、磁與結(jié)構(gòu)特性；低頻寬帶吸收與工程化：面向雷達(dá)與通信領(lǐng)域的實(shí)用化需求；多功能拓展：與紅外隱身、熱管理、力學(xué)增強(qiáng)等功能集成，構(gòu)建“多物理場(chǎng)響應(yīng)”新材料體系。該綜述全面梳理了近年來(lái)BPC吸波材料在設(shè)計(jì)策略、機(jī)理研究與應(yīng)用探索方面的最新進(jìn)展，為低成本、可持續(xù)、高性能吸波技術(shù)的發(fā)展提供了清晰路線圖。
和玉光：第一作者，北京航空材料研究院，博士研究生，研究方向?yàn)槎嗫滋蓟ú牧系脑O(shè)計(jì)與研制。
楊程，通訊作者，2001年畢業(yè)于天津大學(xué)高分子化工專業(yè)；2006年畢業(yè)于北京化工大學(xué)材料學(xué)院；2007-2008年在清華大學(xué)從事博士后研究工作；之后在北京航空材料研究院工作，研究員，博士生導(dǎo)師；2023年獲國(guó)家卓越青年基金資助。研究領(lǐng)域包括：（1）碳基吸收劑設(shè)計(jì)及研制；（2）特種碳基吸波蜂窩設(shè)計(jì)及研發(fā)；（3）超寬頻結(jié)構(gòu)功能一體化隱身材料設(shè)計(jì)及研制；（4）特種聚合物基增材制造材料研制及技術(shù)開發(fā)。
原文信息： Yuguang He, Sijia Hao, Yubin Chen, Shuangqiang Shi, Junpeng Tian, Cheng Yang* Biomass-derived porous carbon-based composites for electromagnetic wave absorption Advanced Nanocomposites, 2 (2025) 162–184 https://doi.org/10.1016/j.adna.2025.08.002 |
相關(guān)新聞
- [2025-11-14]·濱州市市場(chǎng)監(jiān)管局開展化工企業(yè)特
- [2025-11-14]·菏澤市召開全市化工行業(yè)非法違法
- [2025-11-14]·淄博：鏈上項(xiàng)目次第開花 產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)
- [2025-11-14]·魯北工匠學(xué)院被列入山東省總工會(huì)
- [2025-11-14]·石化機(jī)械首臺(tái)化工壓縮機(jī)順利下線
- [2025-11-20]·Advanced Nanocomposites綜述：
- [2025-11-20]·大規(guī)模異質(zhì)集成光量子芯片研究取
- [2025-11-20]·超分子化學(xué)回收助力綠色塑料循環(huán)
- [2025-11-20]·高性能全固態(tài)鋰電池的單晶層狀氧
- [2025-11-20]·中國(guó)石化PBST全生物降解材料破解
主辦單位：山東省化工情報(bào)信息協(xié)會(huì)
山東省濟(jì)南市文化東路80號(hào)郵編：250014電話：0531—86399950、86399980、86399990傳真：0531—86399186
山東化工網(wǎng)在線交流：
Copyright(C)山東省化工情報(bào)信息協(xié)會(huì) 版權(quán)所有 備案號(hào)：魯ICP備2021036540號(hào)
山東省濟(jì)南市文化東路80號(hào)郵編：250014電話：0531—86399950、86399980、86399990傳真：0531—86399186
山東化工網(wǎng)在線交流：
Copyright(C)山東省化工情報(bào)信息協(xié)會(huì) 版權(quán)所有 備案號(hào)：魯ICP備2021036540號(hào)
魯公網(wǎng)安備 37010202001033號(hào)