石墨烯(上)和不同結(jié)構(gòu)的碳材料：富勒烯(左下)；碳納米管(下中)；石墨(右下）

多組份石墨烯基多功能復(fù)合吸波材料吸波機(jī)制圖。

       隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展和電子產(chǎn)品的普及，電磁波在人們的日常生活中廣泛存在。當(dāng)電磁輻射超出人體和環(huán)境所能承受的上限時(shí)，會(huì)形成電磁污染。在軍事領(lǐng)域，雷達(dá)仍然是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中搜尋目標(biāo)的慣用手段，研制能夠高效吸收電磁波的雷達(dá)隱身材料是提高武器系統(tǒng)生存能力的有效途徑之一。因此，吸波材料在民事和軍事領(lǐng)域上都有著廣泛的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。

       新型的電磁波吸收材料——石墨烯

       石墨烯是2004年首次發(fā)現(xiàn)的一種新型的二維納米材料，其神奇的二維結(jié)構(gòu)使其具有獨(dú)特的理化性能。

       石墨烯是目前已知的導(dǎo)電性能最好的材料。石墨烯中的電子運(yùn)動(dòng)速度可以達(dá)到光速的1/300。石墨烯的價(jià)帶和導(dǎo)帶相交于費(fèi)米能級(jí)，這賦予了石墨烯獨(dú)特的零能隙半導(dǎo)體性能，是目前最高遷移率的銻化銦材料的兩倍。在未來(lái)，石墨烯或有可能取代硅制造超微型晶體管，將計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)算速率提高百倍。

       石墨烯的強(qiáng)度相當(dāng)于目前最好的鋼材強(qiáng)度的100多倍，硬度甚至超過(guò)了鉆石，是目前自

       然界強(qiáng)度最大的材料，而它的密度卻很小。在室溫下，石墨烯的熱傳導(dǎo)率是常用的金屬導(dǎo)熱材料如金銀銅的十幾倍，是鋁的二十多倍。

       石墨烯還具有其他一些特殊的性能，如超高的比表面積。單原子層石墨烯的理論比表面積可以達(dá)到驚人的2630m2/g，是活性炭的比表面積的2～3倍，可以用于吸附和脫附各種大分子和小顆粒。石墨烯的光學(xué)透過(guò)率達(dá)到97.7%，這種特性讓石墨烯在太陽(yáng)能電池的透明電極也有應(yīng)用的潛力。

       上述特點(diǎn)使得石墨烯有可能取代傳統(tǒng)碳材料成為一種新型的電磁波吸收材料，但不可回避的是，與其他碳系材料類似，單純石墨烯的主要電磁波衰減機(jī)制是電損耗，因而吸波性能欠佳。

       因?qū)⑻疾牧吓c鐵氧體、電損耗型的金屬化合物納米粒子復(fù)合是提高吸波性能的一種有效途徑。石墨烯比表面積大，很適合作為載體來(lái)負(fù)載納米粒子，不僅可以有效解決納米粒子分散性差、自身易團(tuán)聚的難題，而且可以在納米尺度上對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，從而制備出具有特定組成、結(jié)構(gòu)和性能的石墨烯基多功能復(fù)合吸波材料。

       石墨烯的吸波機(jī)理

       電磁波在傳播過(guò)程中遇到任何形狀的介質(zhì)時(shí)，在電磁波的入射面或界面都會(huì)發(fā)生反射和透射現(xiàn)象。由于原傳播介質(zhì)的波阻抗和材料的波阻抗并不匹配，就會(huì)有一部分的電磁波發(fā)生反射，而另一部分則透射進(jìn)入到介質(zhì)內(nèi)部。阻抗越不匹配，反射的電磁波就越多。只有當(dāng)原傳播介質(zhì)的波阻抗與材料的波阻抗相互匹配時(shí)，電磁波才會(huì)最大效率地入射到材料內(nèi)。電磁波在材料內(nèi)部傳播過(guò)程中與材料發(fā)生相互作用并被轉(zhuǎn)化為其他形式的能量（如機(jī)械能、電能和熱能等），即電磁波損耗。所以，吸波材料的吸波性能主要由兩個(gè)條件決定：一是阻抗匹配特性，即減少電磁波在材料表面的反射或電磁波能夠最大限度地進(jìn)入到材料內(nèi)部；二是衰減特性，即電磁波進(jìn)入到材料內(nèi)部后，材料能夠?qū)﹄姶挪ㄟM(jìn)行有效地吸收或損耗，減少電磁波的二次反射。

       多組分石墨烯基吸波材料通過(guò)復(fù)合雜化粒子微結(jié)構(gòu)及協(xié)同效應(yīng)，并研究吸波材料的負(fù)載密度、形貌、結(jié)構(gòu)、各組份成份含量以及各組份之間的協(xié)同效應(yīng)對(duì)其電磁參數(shù)的影響，同時(shí)利用石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)以及石墨烯與納米粒子復(fù)合所帶來(lái)的特殊性質(zhì)所造成的界面極化、電子弛豫極化和偶極子極化等效應(yīng)來(lái)?yè)p耗電磁波，獲得了具備多種電磁波損耗機(jī)制且性能可調(diào)的質(zhì)輕、高強(qiáng)、寬頻吸波材料結(jié)構(gòu)體系。

       石墨烯吸波材料的研究現(xiàn)狀及啟示

       近年來(lái)研究者在對(duì)于石墨烯吸波材料方面的研究做了很多有價(jià)值的工作。

       多元體系的石墨烯基復(fù)合吸波材料的設(shè)計(jì)與制備以及電磁波吸收性能的研究在國(guó)際上剛剛開展。高的比表面積、優(yōu)秀的電學(xué)性能和特殊的二維結(jié)構(gòu)等特性都賦予了石墨烯作為新型復(fù)合吸波材料理想構(gòu)建單元的優(yōu)異潛能，但石墨烯基復(fù)合吸波材料的綜合吸波性能仍有待提高。

       采用多種組份的納米粒子與石墨烯復(fù)合，在一定程度上減輕了石墨烯片層的團(tuán)聚，更重要的是制備的多組份復(fù)合材料具有多功能，對(duì)于吸波材料而言，每一組份的材料具有不同的電磁波吸收特性，多種組份的材料復(fù)合時(shí)吸波材料能兼顧那種材料的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。但是多元復(fù)合材料在制備時(shí)存在的缺點(diǎn)也很明顯，例如，不同界面的相容性差、多組分材料的分散性和均勻性不易控制等。

       盡管如此，多元體系的石墨烯基復(fù)合吸波材料的設(shè)計(jì)與制備依舊會(huì)成為未來(lái)新型吸波材料研究的重點(diǎn)，作為新型基材的石墨烯也會(huì)對(duì)推動(dòng)隱身材料的技術(shù)發(fā)展以及電磁防護(hù)方面的研究提供更大的作用。