四川大学《Carbon》：简易制备大尺寸还原氧化石墨烯，用于高效微波吸收器

碳材料由于其低密度而被广泛用于轻质且高效的微波吸收（MA）。然而，单一碳材料的阻抗匹配和吸收性能较差。氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（rGO）被广泛用作具有可定制介电性能的碳材料，但仍存在MA差、负载高的问题。本文，四川大学陈枫教授、傅强教授课题组在《Carbon》期刊发表名为“Light-weight, low-loading and large-sheet reduced graphene oxide for high-efficiency microwave absorber”的论文，研究通过简单可控的热还原方法制备了一系列不同还原程度的大片GO，并对其MA性能进行了研究。

对石墨烯的组成、结构和MA性能的分析表明，rGO的MA性能与还原程度和片材尺寸密切相关。大片石墨烯更容易相互重叠形成导电网络，减少填料负荷。同时，混合不同还原度的rGO后，最佳反射损耗为-59.12 dB，分别是原单组分的2.13倍和1.59倍。有效吸收带宽为3.54 GHz，负载仅为1.5 wt%。这项工作为在低填料量下构建具有强 MA能力的石墨烯基复合材料提供了一种有前景的方法。

图1。（a）XRD光谱，（b）拉曼光谱，（c）XPS光谱，（d-h）GO和rGO的XPS C 1s光谱随不同温度还原。

图2。(a) GO的AFM图像和片高，(b-f) GO和rGO的TEM图像随着不同温度的降低。

图3。（a，b）介电常数，（c）不同负载下rGO的磁导率。(d) 还原温度为600 °C 的 1.5 wt% 复合材料的 RL 与厚度和频率的关系。rGO在600 °C还原温度下不同负载量的 RL (e) 0.5 wt% (f) 1.0 wt% (g) 1.5 wt% (h) 2.0 wt%。

图4。所有样品的介电常数范围 (a) 实介电常数，(b) 虚介电常数，(c) 介电损耗。(d) 混合样品的切线介电损耗。(e) F-2:1, (f) F-1:1, (g) F-1:2的反射损耗。(h) |Z in /Z o | 厚度为 4.04 毫米的所有样品的值和相应的反射损耗值。

图5。(a) F-1:2 在最佳厚度下的反射损耗，(b) F-1:2 在 λ/4 条件下的吸收体厚度t m与峰值频率f m的模拟，(c)归一化输入阻抗模数 |Z in /Z o | 由 F-1:2 生成。(d) rGO 复合材料的电磁微波吸收机制示意图

图6。(a, b) 反射损耗、EAB、厚度和负载在不同温度下减少的样品和本工作中混合样品的对比图。(c) 各种基于 rGO 的材料的 MA 特性与这项工作的比较。

　　综上所述，在这项工作中，使用大片GO通过简单的热还原方法制造了一种轻质、低负载、高效的MA材料。同时，热还原法为未来大规模生产GO吸波材料提供了可能。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.05.062

信息来源：公众号【材料分析与应用】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。