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玉米秸秆制成纳米吸波材料 可有效应对电磁污染

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  • 发布时间:2021-12-03 16:03
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记者11月29日从青岛大学获悉,该校材料科学与工程学院以复合材料与工程专业2018级本科生齐广雨为第一作者、解培涛副教授为通讯作者、刘春朝教授为共同通讯作者在《先进化合物和杂化材料》上发表论文称,他们以具有多孔结构的玉米秸秆为原料,通过简单的生物质转化法制得一种超轻的纳米吸波材料(Fe3C@Fe/C),该材料在超薄厚度(1.13毫米)下实现了优异的吸波性能。

众所周知,各种电子设备的应用在给人们生活带来方便的同时也带来了大量的电磁污染,影响人们的健康和信息安全,而应对电磁污染的有效手段,就是发展电磁波吸收材料。但现阶段许多电磁波吸收材料存在吸收带宽窄、制备工艺复杂等问题。

要想材料具有高性能吸波性,其必须具有多级多孔微观结构。齐广雨在老家烧柴时,偶然发现秸秆比木材更容易燃烧,并看到未完全燃尽的秸秆呈蓬松的木炭状,并推测玉米秸秆可能具有较好的多孔结构。

但在随后开展的实验中,无论选用玉米秸秆的任何部位作为前驱体,无论碳化温度调整到多少,最终获得的材料吸波性能都不理想。齐广雨查阅大量文献后找到了原因:天然植物或者其遗态材料往往仅有电响应,磁响应较弱或难以实现,无法获得良好的电-磁匹配。他调整了实验方案,决定以玉米秸秆的多孔结构作为模板,加入磁性金属纳米颗粒进行改性。

基于此思路,团队通过金属盐浸渍-碳热还原工艺这一生物质转化技术,制备出Fe3C@Fe/C纳米复合吸波材料。“我们用秸秆制得的纳米吸波材料,在1.13毫米超薄厚度下即可实现优异的吸波性能,有效吸收带宽可达5.1吉赫兹。” 解培涛解释说,此纳米复合材料具有良好的阻抗匹配和较高的衰减特性,从而实现了优异的吸波性能,这主要得益于多孔微结构中多级界面的介电损耗与铁纳米颗粒磁损耗的协同作用。

“团队所使用的金属盐浸渍-碳热还原工艺不仅简单、成本低,且可大规模生产,所制备的材料吸波性能稳定;还可以提高农业废料的利用效率,减少秸秆焚烧带来的环境污染。”解培涛说。

来源:科技日报

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