基于碳纳米卷的可控制备及其作为高效太赫兹波吸收材料的研究

Carbon Nanoscroll (CNS) with hollow helix and multilayer structure, exhibited hyperbolic photon dispersion, chirlity and compatible with ferromagnet mateirlas, which can reduce the reflection and enhance the loss of dielectric and magnetism. In this project, the hollow and size-modulatable CNSs are obtained by special solvent methods, molybdate methods, and remove template methods. The modulations of chemical structure, chiral and modulatable size are researched, which is important to the adsorbing of THz electromagnetic wave. The relation of size, chirality and layer number will be studied. The CNS will be modified by ferromagnet nanoparticles and nanowires in its inside and outside, which can enhance the magnetism loss. The polymer and CNS hybrid materials are fabricated, which can form the resistance and capacitance network. The network can enhance the dielectric loss. The hybrid material will be implied in Terahertz (THz) adsorbing materials field. The new carbon THz adsorbing materials with lower density, controllable absorption spectrum, and higher magnetism loss are obtained. Base on the experimental results, the mechanism of THz adsorbing materials are studied. The special CNS materials settled a solid foundation for developing THz adsorbing materials.

碳纳米卷（CNS）材料独特的双曲面光子色散性、中空多层螺旋的手性结构、与铁磁物质良好的匹配性，使其对太赫兹（THz）波具有减少反射、增强介电和磁损耗的作用，可作为THz吸波材料。本项目提出，利用本组发展的憎溶剂法、钼酸盐法等制备出具有螺旋中空多层的CNS材料，研究这些CNS材料的化学结构、手性、尺寸等制备的可控性；重点研究控制CNS的尺寸、手性、层数对THz波吸收波长的对应关系；制备铁磁性CNS与聚合物复合的电阻-电容吸波网络，此可同时提高CNS电磁损耗，得到基于CNS的吸波复合材料，考察CNS及其复合材料的介电、磁损耗和THz吸收特性。获得具有较宽且可调控的吸收谱带、密度小、结构轻、较高电磁损耗为特点的新型THz吸波材料；根据实验数据建立相关模型进行理论计算。项目的成果对于新型碳基THz吸波材料研究具有重要意义，可以为CNS碳基THz吸波材料奠定重要的实验和理论基础并提供科学依据。

碳纳米卷（CNS）材料独特的双曲面光子色散性、中空多层螺旋的手性结构、与铁磁物质良好的匹配性，使其对太赫兹（THz）波具有减少反射、增强介电和磁损耗的作用，可作为THz吸波材料。在本项目的实施过程中，我们首先针对不同石墨烯材料如氧化石墨烯和CVD石墨烯，开发了两种不同的制备方法。对于氧化石墨烯，我们利用DMF和超声作用，成功的将氧化石墨烯卷为卷状结构。此外，我们在CVD石墨烯上面涂覆一层石蜡，将反而石墨烯去除，然后将铜去除，将含有石蜡/石墨烯的条状物，自上而下的缓慢放入热的异丙醇中也可能制备由CVD石墨烯制备的大型石墨烯卷结构，从拉曼结果上看，其与碳纳米管很相似，另外这种石蜡薄膜也是一种很好的转移石墨烯的方法，可以得到超干净的石墨烯样品，为石墨烯的完美应用提供了重要方法。但从两种碳纳米卷的结构上说，石墨烯本身只有反磁性，并不具备足够的磁性进行太赫滋调节，我们只能将石墨烯进行氢化，氢化后的石墨烯具有铁磁性。除了铁磁性，其还是一种半导体，所以我们用这种方法可以制备常温磁性半导体，解决了一个重要的自然科学难题（《科学》杂志曾提出125个重要科学问题，其中之一是“有没有可能创造出在室温下能够工作的磁性半导体材料”）这种方法还在进一步完善中。在CVD石墨烯的制备中，我们还发现不同层数石墨烯对铜基底的不同晶面具有不同的腐蚀与保护作用，这对开发石墨烯保护图层具有深远的意义。此外，我们进行了量子点组装体的研究，这些不同结构的组装体可以用于修饰石墨烯，以达到太赫兹波对石墨烯的调控作用。另外，氧化石墨烯的研究中，我们利用四氢键连接石墨烯结构，这些结构中具有卷状体，提高了氧化石墨烯泡沫的力学强度。