南開大學提出通過晶格畸變工程有效協同增強高熵合金電磁波吸收和耐腐蝕性能
2024-06-18 17:16:25
作者：腐蝕與防護 來源：腐蝕與防護
分享至：
無線電磁波通信技術和電子設備為我們的日常生活和軍事行動帶來了極大的便利，然而這些也造成了電磁輻射和電磁干擾等嚴重的環境問題，對人類健康和信息安全構成威脅。開發將電磁波轉化為熱能或其他能量的高效電磁波吸收材料是解決這些問題的最有效的手段之一。
高熵合金因其具有多元化的組分、可設計的晶體結構和優異的耐腐蝕性，被認為是一種很有前景的電磁波吸收材料。然而，由于高電導率和高介電性導致的阻抗失配嚴重阻礙了電磁波進入材料內部。同時，對于高熵合金的晶體結構與電磁性質之間的關系尚不明確。因此，深入研究微納結構與電磁波吸收性能之間的關系有望改善上述問題。
南開大學黃毅教授團隊多年致力于電磁隱身及電磁防護、多頻譜兼容吸波材料設計及優化、微尺度結構與電磁性質調控等方面的研究，并取得了較好的進展。近期又進一步提出通過晶格畸變工程有效提升磁性高熵合金的電磁波吸收性能和耐腐蝕性能，相關研究成果已發表在Advanced Functional Materials期刊上。
研究人員通過高能球磨和退火熱處理制備得到了不同碳含量的高熵合金FeCoNiCuCx。研究發現，引入碳元素和熱處理可以在不同程度上加劇高熵合金內部的晶格畸變效應。晶格扭曲變形不僅破壞了載流子的遷移路徑，同時促進了點缺陷和位錯等晶格缺陷的形成，因而有效改善了電磁波在材料阻抗匹配特性。此外，電子在運動過程中在容易在缺陷處被誘導捕獲，并與帶正電的金屬構成偶極子，進一步提高了高熵合金極化損耗機制，產生強電磁波損耗。優化后的高熵合金FeCoNiCuC0.37展現出優異的電磁波吸收性能，最小反射損耗可以達到-65.4 dB（2.18 mm），最大有效吸收帶寬為7.99 GHz（1.98 mm），優于絕大多數報道的磁性金屬基電磁波吸收劑。同時，引入非金屬元素碳對高熵合金的耐腐蝕性能有所裨益。
總結來說，該工作利用晶格畸變效應優化了高熵合金的阻抗匹配，并且豐富了其電磁波損耗形式，闡明了微觀晶體結構變化對高熵合金電磁性質的影響，發掘了高熵合金作為電磁波吸收材料的潛在價值。
圖1 C000、C012、C037、C050的a)制造工藝示意圖、b)拉曼光譜、c)粒徑大小和含碳量以及d-g)SEM圖像
圖2 FeCoNiCuCx的結構表征及EMA性能：a) C000、C012、C037、C050的功率XRD譜圖；b) XRD圖中各衍射峰的局部放大；c) (111) C000、C012、C037、C050的平面間距和晶格常數；d) C000的TEM圖像；e) C037的TEM圖像；f) C000的HRTEM圖像；g) f)中白立方區域的點陣放大圖像；h) C037的HRTEM圖像；i) h)中白色立方區域的放大點陣圖像；j) h)中黃色立方區域的局部點陣畸變；k, l) C037中的晶格缺陷；m-o) C000、C037和C050不同厚度下RL值隨頻率的三維圖；p) C000、C012、C037、C050和石墨烯的EAB和相應厚度概述
圖3 FeCoNiCuCx退火后的結構表征及EMA性能：a) C037、C037- T200、C037- T450的功率XRD譜圖；b) C037-T200的SAED；c) C037-T450的SAED；d) C037-T200的HRTEM圖像；e-g) d)中黃色立方區域的嚴重晶格畸變；h) C037-T450 HRTEM圖像；i, j) h)中黃色立方區域的連續大范圍晶格畸變；k) C037、C037- T200、C037- T450的EAB總結及相應厚度；l, m) C037-T200和C037-T450不同厚度下RL值隨頻率的3D圖
圖4 FeCoNiCuCx的電磁參數：a-d) C000、C037、C037- T200、C037- T450的彩色填充輪廓阻抗匹配圖；e-h) C000、C037、C037- T200和C037- T450的Cole-Cole半圓；i) C000、C012、C037、C050的電導率；j) C037、C037- T200、C037- T450的電導率；k, l) C037薄片邊緣離軸電子全息圖像及相應的雜散磁場分布
圖5 a)通過誘導晶格畸變改善阻抗匹配和EM損耗機制實現對FeCoNiCuCx吸收性能的調節原理圖；b, c)本研究與其他HEA基EMA材料的RLmin和EAB對比總結
圖6 a-c) CIP片、C000片和C037-T200片在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡14天后的照片；d, e) 晶格畸變對C000和C037-T200耐蝕性的影響；f, g) 電化學試驗第1天和第14天CIP/環氧涂層鋼、C000/環氧涂層鋼和C037-T200/環氧涂層鋼的Nyquist圖；h) 用于模擬涂層鋼EIS數據的等效電路；i, j) 在3.5 wt.% NaCl溶液中記錄CIP/環氧涂層鋼、C000/環氧涂層鋼和C037-T200/環氧涂層鋼的Tafel圖
免責聲明：本網站所轉載的文字、圖片與視頻資料版權歸原創作者所有，如果涉及侵權，請第一時間聯系本網刪除。
