以二氧化硅反蛋白石為模板，以酚醛樹脂前驅體為碳源，乙酸鋅為鋅源，制備了一種**氧化鋅納米粒子修飾三維有序介孔碳球的復合材料(ZnO/OMCS)。制備的ZnO/OMCS復合材料具有三維有序的陣列結構及良好的孔結構。當氧化鋅負載量為30%時ZnO/OMCS復合材料展現出良好的電磁波吸收能力(在10.4 GHz時吸收強度為39.3 dB，厚度為2 mm)，**吸收帶寬達到9.1 GHz。復合材料**的電磁波吸收性能得益于分散性良好的**ZnO納米粒子和三維有序的介孔碳球結構。此方法為開發輕質**的碳基吸波材料開辟了一條獨特的途徑。

圖文導讀

1.ZnO/OMCS復合材料的制備過程

圖1為ZnO/OMCS的制備過程。**以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膠體晶體作為硬模板制備二氧化硅反蛋白石模板。然后以此為二次模板，以酚醛樹脂為碳源，以兩親性三嵌段聚醚F127為軟模板制備三維有序介孔碳球，最后采用溶膠-凝膠法將ZnO納米粒子與介孔碳球復合得到ZnO/OMCS復合材料。

圖1. ZnO/OMCS復合材料制備流程圖。

2.ZnO/OMCS復合材料的納微結構

圖2為模板和復合材料的SEM圖。從圖2c中可以看出OMCS具有三維有序陣列結構，很好的復制了PMMA膠體晶體模板的蛋白石結構(圖2a)。從圖2d-f中可以看出通過溶膠凝膠法將ZnO納米粒子負載在OMCS上不會破壞OMCS的三維有序結構。

圖2. (a) PMMA模板的SEM圖；(b) 二氧化硅反蛋白石模板的SEM圖；(c) 三維有序介孔碳球的SEM圖；(d-f) 不同氧化鋅納米粒子含量的ZnO/OMCS復合材料SEM圖。

3.ZnO/OMCS復合材料的密度泛函計算

通過**性原理計算研究了ZnO/OMCS的結構。計算出的電子密度差圖如圖3所示。結果表明，ZnO和C的電荷密度不同，并且ZnO對C表面的電荷分布有影響，少量電子從C原子轉移到ZnO中的O原子。這種ZnO/C界面的電子遷移在電磁場作用下會更加**，**提升界面極化等對電磁波能量的損耗。

圖3. ZnO/ OMCS的仿真結果。(a) 松弛后的石墨/ ZnO結構的俯視圖；(b) 電荷密度差的側視圖；沿(011)平面的(c) 電荷密度差和(d) 電子局部化的剖視圖。(e) C/ ZnO復合結構，(f) ZnO雜化，(g) 純ZnO分子的DOS計算結果。

4.ZnO/OMCS復合材料的電磁波吸收性能

從圖3可以看出ZnO/OMCS復合材料具有良好的電磁波吸收特性，當氧化鋅納米粒子含量為30%時ZnO/OMCS復合材料**反射損耗值達到-39.3 dB。并且可以通過改變復合材料中的ZnO納米粒子的含量調節復合材料的吸收效能和**吸收頻寬。

圖3. 不同ZnO含量的ZnO/OMCS復合材料的電磁反射損耗圖。(a, b) ZnO/OMCS-20；(c, d) ZnO/OMCS-30；(e, f) ZnO/OMCS-40。

5.ZnO/OMCS復合材料電磁波損耗和吸收機理分析

ZnO/OMCS復合材料的電磁波吸收機理可歸因于以下幾點：1. 碳基的三維有序介孔碳球為實現阻抗匹配提供了豐富的固-氣界面。2. 三維有序多孔結構可以提高電磁波的傳導損耗、多次反射和散射損耗。3. **性原理計算結果表明，**ZnO納米顆粒的均勻分布有利于極化界面的形成，ZnO晶體中氧空位引起的缺陷偶極子促進了極化損耗。同時，ZnO納米粒子在多孔結構中得到**的分離和分布，有利于形成更致密的介質耦合網絡，提高介電損耗能力。而且，高載量的納米粒子增加了復合材料中的活性中心數目，有利于散射損耗。

為進一步驗證該吸波復合材料對電磁波的吸收和**效果，將ZnO/OMCS-30涂覆在具有溝槽結構的金屬板上，對結構相應的雷達散射截面(RCS)縮減效果進行了仿真研究(圖5)。研究結果表明，ZnO/OMCS納米復合材料具有良好的吸波性能，能****金屬溝槽結構的強電磁散射。

圖5. 矩形金屬板和含ZnO/OMCS涂層矩形金屬板的RCS仿真結果。(a, b) 為金屬板和ZnO/OMCS-30涂層金屬板的模型；(c, d) 相應的模擬電流分布云圖；(e)金屬結構和ZnO/OMCS涂層金屬結構的RCS值。

1.制備的**氧化鋅納米粒子修飾的三維有序介孔碳球復合材料具有良好的電磁波吸收能力。

2.納米氧化鋅/碳復合材料的電磁波吸收性能可以通過改變納米氧化鋅的含量來調節。

3.通過對復雜溝槽結構的雷達散射截面進行電磁模擬，證明了該碳基納米復合材料的良好的電磁波吸收性能。

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以上內容來自齊岳小編zzj 2021.5.10