在吸波材料的设计中，协同优化阻抗匹配与衰减常数之间的关系一直是一个很大的挑战。在这项工作中，通过还原氧化石墨烯骨架中的金属有机框架(MOF)的静电组装和随后的退火处理，成功构建了分层多孔石墨烯/三氧化二铁磁性复合泡沫(GMF)。作为一种独特的模板，MOF的原位热解有助于从片状MOF向各向异性多孔磁性纳米片(Fe₂O₃)过渡，促进复合材料突破Snoek的限制。磁性纳米片与导电石墨烯骨架的结合可以进一步优化泡沫的阻抗梯度和衰减常数。更重要的是，从微孔到纳米孔的分层多孔磁性泡沫的成功构建有效地诱导了巨大的多重散射和缺陷极化的产生。从而使更多的入射电磁波进入材料，并在进入泡沫后尽可能地消散，使复合泡沫具有优异的吸收能力(-60.13 dB)和带宽(6.23 GHz)。         

          图1. GN/Fe₂O₃ (GMF)复合泡沫的制备示意图。

          图2. 相关泡沫的SEM图像:(a, b) rGO泡沫;(c) rGMF;(d)GMF ;(e) rGMF的TEM图像;(f, g) GMF;相关样品的(h)磁滞回线、(i, j) XRD谱图和(k, l)拉曼光谱。

          图3. 复介电常数的(a)实部、(b)虚部、(c)介电损耗正切曲线、(d)Cole-Cole曲线;复磁导率的(e)实部、(f)虚部、(g)磁损耗正切、(h)C₀值;(i) rGO、(i) rGMF和(k) GMF的阻抗匹配二维等值线图(|Z_in/Z₀|);(1)相应泡沫的衰减常数。

          图4. 2D反射损耗，对应泡沫的2D等值线:(a, d) rGO;(b, e) rGMF;(c, f) GMF， (g) GMF泡沫的微波吸收机理。

          图5. (a) GMF-300， (b) GMF-600， (c) GMF-900的阻抗匹配2D等值线图(|Z_in/Z₀|)， (d)衰减常数，(e)相应带宽，(f)M- H回路，(g-i)对应泡沫的2D反射损耗。

          图6. (a) GMF-600-3h， (b) GMF-600-6h， (c) GMF-600-9h的阻抗匹配2D等值线图(|Z_in/Z₀|)， (d)衰减常数，(e)相应带宽，(f) M-H回路，(g-i)相应泡沫的2D反射损耗。

        图7. (a,d) 0、(b,e) 100和(c,f) 200 h盐雾试验后GMF泡沫的2D反射损失和等高线图。

相关研究成果由江南大学化学与材料工程学院，合成与生物胶体教育部重点实验室，纳米复合与能源材料国际联合研究实验室Shuangshuang Li等人于2023年发表在Carbon (https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.02.066)上。原文：Graphene-based magnetic composite foam with hierarchically porous structure for efficient microwave absorption。