石墨烯基复合吸波材料的最新研究进展

杨文栋 刘元军

摘要： 随着现代通信技术的飞速发展和电子设备的广泛应用，电磁污染问题日益严重，因此开发质量轻、厚度薄、吸收强、有效吸收频带宽的吸波材料显得尤为重要。石墨烯存在无磁性、阻抗匹配水平低等不足，单独使用时无法同时满足吸波材料“薄、轻、宽、强”的要求。文章首先介绍了石墨烯一元吸波材料的发展现状，以及石墨烯与其他损耗型材料复合可以构筑具有多样微观结构、多元协同损耗机制的轻质复合材料，实现高强与宽频电磁波吸收的研究进展，然后论述了石墨烯基二元、三元、四元复合吸波材料的最新研究，展望了石墨烯基复合吸波材料未来的发展方向。

关键词： 石墨烯;磁性粒子;导电聚合物;吸波材料;复合材料;通信技术

中图分类号： TS102.4

文献标志码： A

文章编号： 10017003（2021）07005111

引用页码： 071109

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.07.009（篇序）

Latest research progress of graphene-based composite absorbingmaterials

YANG Wendonga， LIU Yuanjuna，b，c

（a.School of Textile Science and Engineering; b.Tianjin Key Laboratory of Advanced Textile Composites; c.Tianjin Municipal Key Laboratoryof Advanced Fiber and Energy Storage， Tiangong University， Tianjin 300387， China）

Abstract： With the rapid development of modern communication technology and the wide application of electronic equipment， electromagnetic wave pollution is becoming increasingly severe. Therefore， the fabrication of microwave absorption materials with light weight， thin thickness， strong absorption and broad effective absorption band has been an urgency. Graphene has the advantages of light weight， large specific surface area and high conductivity， but also has the disadvantages of non-magnetism and low impedance matching level. When used alone， it cannot meet the requirements of absorbing materials of "thin， light， wide and strong" at the same time. Graphene is often combined with other loss materials to build lightweight composites with diverse microstructures and multiple cooperative loss mechanisms to achieve efficient and broadband electromagnetic waves absorption. In this paper， the development status of graphene absorbing materials has been briefly introduced， and the latest research progress of graphene-based binary， ternary and quaternary composite absorbing materials has been discussed in detail. Finally， the future development directions of graphene-based composite absorbing materials have been prospected.

Key words： graphene; magnetic particle; conductive polymer; absorbing material; composite material; communication technology

收稿日期： 20210223;

修回日期： 20210622

基金項目： 教育部重点实验室开放项目（2232021G-04）;天津市科技计划项目创新平台专项项目（17PTSYJC00150）;天津市自然科学基金重点项目（18JCZDJC99900）

作者简介： 杨文栋（2000），男，2018级纺织工程专业本科生，研究方向为吸波材料的制备。通信作者：刘元军，副教授，liuyuanjunsd@163.com。

随着电子技术在民用和军事领域的迅速发展，电磁防护（电磁干扰、电磁污染及雷达探测等）问题受到极大的关注[1-3]。电磁屏蔽材料和吸波材料是解决电磁防护问题的关键。但现有研究大多是针对反射型电磁屏蔽材料，而该类材料在反射电磁波时易造成二次污染，无法从根本上解决电磁防护问题[4-5]。吸波材料可以把电磁波能量转化为热能等其他形式的能量，从而衰减及消耗电磁波能量，能更好地解决电磁防护问题。吸波材料的应用是解决电磁辐射污染、雷达隐身等问题的关键因素，吸波材料的研究对军用领域和民用领域都具有非常重要的意义[6-7]。

碳材料因其优异的导电性、良好的机械性能和较低的密度被广泛应用于电磁波吸收与屏蔽领域[8-10]。石墨烯作为一种新型碳基材料，具有独特的二维材料性质、巨大的性能可调控工作表面、良好的导电性及特殊的边界效应等特点，在电磁波吸收领域具有良好的应用前景[11-12]。然而，石墨烯较大的介电常数、磁损耗的缺乏等不足限制了其电磁吸收性能，单独使用时存在阻抗匹配差、吸收强度弱和吸波频带窄等缺点[13]。为了改善其吸波性能，研究者通常将石墨烯与其他损耗型材料复合以获得性能优异的吸波材料。

根据复合材料体系中主要吸波组分的数量，本文将石墨烯基吸波材料分为一元吸波材料及二元、三元、四元复合吸波材料。结合国内外研究现状，首先介绍了石墨烯一元吸波材料的发展现状，然后论述了石墨烯基二元、三元、四元复合吸波材料的研究进展，最后展望了石墨烯基复合吸波材料未来的发展方向。

1 石墨烯一元吸波材料

石墨烯具有密度低、耐腐蚀、比表面积大、电导率和热导率高，以及机械强度高的优势，是一种应用前景较好的轻质介电损耗型吸波材料，但较大的介电常数也导致了石墨烯的阻抗匹配性能较差[14-15]。以石墨烯为主体，通过组装三维气凝胶、掺杂原子等方法制备的石墨烯一元吸波材料，可以通过降低介电常数的方法来改善材料的阻抗匹配性能[16]。

LI Qi等[17]以g-C3N4为模板采用化学气相沉积结合高温处理工艺，制备了具有网状多孔结构的氮掺杂石墨烯状碳纳米片（NGs），如图1（a）～（c）所示。具有三维多孔结构的g-C3N4在高于710 ℃的温度下可完全热解而无需进一步纯化和分离，因此省去了繁琐的模板去除过程并同时实现了高孔隙率和高氮掺杂。研究结果表明，当NGs含量为5%时，该材料在1.8 mm处的最小反射损耗可达-50.2 dB，在2 mm处的有效吸收带宽约为5.9 GHz。

LIU Panbo等[18]通过自组装水热反应和冷冻干燥工艺制

备了具有高孔隙率和开放网状结构的超轻质氮掺杂石墨烯泡沫（NGF），如图1（d）（e）所示。氮原子的存在有助于构建开放的网状壁并调整电性能，与纯石墨烯泡沫相比，NGF表现出了更强的电磁波吸收性能，NGF含量为5%时，该材料在3.5 mm处的最佳反射损耗可达-53.9 dB。

LI Tian等[19]使用同轴静电纺丝技术制备了具有空心壳结构的石墨烯气凝胶球（HGAS），如图1（f）～（h）所示。HGAS在宏观尺度上呈现出球形结构，而在微观尺度上呈现出相互连接的径向微通道结构。获得的HGAS样品在2.3 mm的最小反射损耗和有效吸收带宽分别为-52.7 dB和7.0 GHz。

石墨烯作为碳材料中常用的吸波基材，可以制备泡沫、薄膜、气凝胶等吸波复合材料，然而仅由石墨烯作为吸波主体构成的一元吸波材料并不能满足吸波材料的发展理念。因此，研究者通常将石墨烯与其他损耗型材料复合制备多元复合吸波材料，来改善阻抗匹配和提高吸波性能，多元复合将是石墨烯吸波材料未来的发展方向。

2 石墨烯基二元复合吸波材料

石墨烯的损耗机制主要局限于与电导率有关的介电型损耗，单独使用时阻抗匹配性较差，其微波吸收性能仍需进一步提高[20]。为了改善其作为电磁吸收剂存在的不足，研究人员

通常将石墨烯与不同损耗机制的材料复合制备新型吸波材料，向石墨烯中引入磁性金属成分制备石墨烯/磁性金属二元复合吸波材料，是提高其吸波性能一种简单有效的解决方案，如石墨烯/铁氧体、石墨烯/金属微粉等。

2.1 石墨烯/铁氧体

将磁损耗材料与石墨烯复合可以同时实现电损耗和磁损耗，从而显著提高其微波吸收性能。铁氧体是常用的磁损耗型微波吸收材料，具有匹配性能好、制备成本低、吸波效果强的优点，但也存在密度大、吸收频带窄、热稳定性差等问题，将其与石墨烯复合可以发挥两者的优势，获得性能优异的二元复合吸波材料。

Fe3O4具有高磁导率、低成本和良好的抗氧化能力，是理想的磁损耗材料[21-22]。Fe3O4/石墨烯二元复合吸波材料（Fe3O4/GR）已经引起了很多研究者的关注。

SUN Qilong等[23]采用原位还原法制备了三明治状的Fe3O4-还原氧化石墨烯纳米复合材料（RGO-Fe3O4），如图2（a）（b）所示。Fe3O4呈片状，稳定地嵌入到还原氧化石墨烯层中，形成了典型的三明治结构。当电磁波入射时，RGO-Fe3O4的界面极化弛豫和涡流效应大幅增强，表现出优异的吸波性能。在632 GHz时RGO-Fe3O4的最大反射损耗高达-49.53 dB，有效吸收带宽达到2.96 GHz（14.56～17.52 GHz）。ZHENG Yiwei等[24]首先通过热解成功制备了多孔石墨烯，然后通过原位沉淀的方法将Fe3O4纳米粒子均匀沉积在石墨烯表面，

合成了多孔石墨烯-Fe3O4复合材料（PG-Fe3O4），如圖2（c）（g）所示。研究结果显示，所制备的PG-Fe3O4复合材料具有优异的力学性能和吸波性能，匹配厚度为6.1 mm时，在5.4 GHz处的最小反射损耗达到-53.0 dB，匹配厚度为2.7 mm时的有效吸收带宽达到5.4 GHz（12.6～18.0 GHz）。

SHI Yunan等[25]采用简易的水热法制备了三维多孔Fe3O4/石墨烯复合泡沫材料（Fe3O4/GR），如图2（d）所示。Fe3O4均匀附着在相互重叠的石墨烯片上，微米级的三维多孔结构有利于增强入射电磁波的反射和能量损耗。当石墨烯与Fe3O4的质量比为1︰1时，Fe3O4/GR具有最佳的微波吸收性能，厚度为2.5 mm时，最小反射损耗可达-45.08 dB;当复合泡沫材料含量为8%时，有效吸收带宽达到6.7 GHz。MALLESH Shanigaram等[26]制备了立方体状的Fe3O4/氧化石墨烯纳米复合材料（Fe3O4/GO），如图2（e）（f）（h）所示。Fe3O4/GO纳米复合材料由于较好的匹配阻抗、磁损耗和高介电损耗的协同作用而表现出优异的电磁波吸收性能，当匹配厚度仅为1.5 mm时，Fe3O4/GO复合材料在16.8 GHz的最大反射损耗值为-66.7 dB，有效吸收带宽达到4.0 GHz。

除了天然铁氧体，钴铁氧体（CoFe2O4）、镍铁氧体（NiFe2O4）、钡铁氧体（BaFe12O19）等也常与石墨烯复合。ZHANG Kaichuan等[27]通过溶剂热法制备了具有三维多孔结构的CoFe2O4/RGO气凝胶微波吸波材料，CoFe2O4纳米颗粒嵌入在氮掺杂的还原氧化石墨烯气凝胶中，合成的气凝胶表现出了典型的铁磁性。当还原氧化石墨烯与CoFe2O4纳米颗粒的质量比1︰2时，复合材料表现出了最佳的微波吸收性能，当填充率为20 %时、厚度为2.1 mm的CoFe2O4/RGO气凝胶的最佳反射损耗达到-60.4 dB;厚度为2.2 mm时，有效吸收带宽达到6.48 GHz（11.44～17.92 GHz）。

巩艳秋[28]采用水热法制备了兼具介电、磁损耗功能的石墨烯/钡铁氧体复合材料，在12.74 GHz处最佳反射损耗达到-22.98 dB，有效吸收带宽为4.26 GHz（11.13～15.39 GHz）。李敏[29]制备了M型钡铁氧体/氧化石墨烯复合吸波材料，研究结果表明氧化石墨烯的加入有效地改善了M型钡铁氧体的吸波性能。掺杂氧化石墨烯含量为3%的样品，频率在10～18 GHz的反射损耗最小。其他铁氧体/石墨烯复合吸波材料的微波吸收性能如表1所示。

2.2 石墨烯磁性/金属微粉

金属磁性微粉吸波材料主要通过涡流损耗、共振吸收和弛豫损耗吸收损耗电磁波，具有磁损耗和共振吸收的双重吸波机理和良好的温度稳定性[37]。石墨烯外敷或内嵌磁性金属形成石墨烯/磁性金属复合吸波材料，可以通过多种机制来损耗电磁波能量，制得密度小、吸收强的吸波材料。常见的磁性金属微粉吸波材料主要有Fe、Co、Ni等及其合金[38]。

羰基铁粉（CIP）是当前应用较广泛的磁性吸波剂，其制备的吸波涂层具有吸波性能强、有效吸波频带宽、涂层厚度薄等优点[39]。张媛媛[40]以双邻苯二甲腈树脂（BPH）和羰基铁粉为原料，通过高温煅烧制备了石墨烯/羰基铁粉复合材料，当石墨烯添加量为1%时，复合材料表现出较好的吸波性能，在频率为7.6 GHz、厚度为2 mm时，最佳反射损耗值为-53.66 dB，最大有效吸收带宽为4.0 GHz。JEON Seunggeun等[41]采用简单的湿法搅拌工艺合成了包覆有氧化石墨烯的羰基铁颗粒（GOCIPs），如图3（a）所示。其复合介电常数随着氧化石墨烯质量比重的增加而增加，氧化石墨烯含量为2%时，1.9 mm的GOCIPs的最大反射损耗和有效频率带宽分别为-56.4 dB和5.1 GHz。

Co、Ni等金属微粉也常与石墨烯复合制备石墨烯基二元复合吸波材料。LI Suping等[42]合成了一种铁钴合金修饰的多孔还原氧化石墨烯纳米片复合材料（FeCo@C/HRGO），如图3（b）～（d）所示。FeCo@C/HRGO表现出了优异的微波吸收性能，这证实了FeCo@C的吸波能力可以通过HRGO纳米片的复合而大幅改善。匹配厚度为1.7 mm时，FeCo@C/HRGO复合材料在16.64 GHz的最佳反射损耗为-76.6 dB，对应的有效吸收带宽为4.4 GHz。HOSSEINABADI Sedigheh等[43]采用一步电化学沉积法制备了含有椭球状磁性镍铁纳米粒子的石墨烯片（GR/NiFe），如图3（e）～（h）所示，GR/NiFe杂化纳米复合材料在X波段具有较好的电磁波吸收效果。TANG Jimin等[44]合成了Ni纳米粒子修饰的氮掺杂RGA气凝胶复合材料（N-RGA/Ni），煅烧温度为600 ℃时，制备的N-RGA/Ni复合材料在13.7 GHz时的最大反射损耗为-60.8 dB，在匹配厚度为2.1 mm时的有效吸收带为5.1 GHz。

石墨烯材料吸波机制较为单一，单独使用时存在阻抗匹配差、吸收强度弱和吸波频带窄等缺点。磁性金属及其氧化物材料因其优异的磁损耗性能和低成本等优势一直是吸波材料的研究重点，但它们也存在密度大、结合力差、耐候耐腐性差、阻抗匹配水平低等问题。将此二者复合可以弥补各自单独使用时的不足，制备的石墨烯/磁性金属二元复合吸波材料具有优异的阻抗匹配性能和较强的吸波性能。因此，以轻质石墨烯材料和磁性金属材料复合制备石墨烯/磁性金属二元复合吸波材料逐渐成为主流。

3 石墨烯基三元复合吸波材料

石墨烯与磁性金属材料复合形成的二元吸波剂可结合不同组分的优点，产生协同效应，从而达到增强吸收效率，拓宽吸波频带的目的。在此基础上，研究者开始尝试制备三种吸波组分同时存在的石墨烯基三元复合吸波材料。

导电聚合物具有成本低、柔韧性好、介电性能好、密度小等优势，所以常被應用于电磁波吸收领域[11]。石墨烯/磁性金属/导电聚合物三元复合吸波材料避免了单一组分吸波剂所存在的吸收频带窄、稳定性差等缺点，结合了多重损耗机制兼具的优势，制备的材料密度小，耐候性和力学性能好。由于石墨烯可以作为沉积磁性金属的良好基质，因此该类三元复合吸波材料的制备工艺一般为先复合石墨烯/磁性金属，然后在石墨烯/磁性金属二元基体上原位生长导电高聚物。这种制备工艺既防止了石墨烯的团聚，又提高了吸波粒子的分散性[45]。

WANG Hongsheng等[46]将苯胺单体在负载氧化石墨烯的Fe3O4纳米复合材料表面进行聚合制备了RGO/Fe3O4/PANI复合吸波材料，如图4（a）（b）所示。厚度为3 mm时，在74 GHz处的最大反射损耗为-51.5 dB，有效吸收带宽为42 GHz。LI Jinhuan等[47]采用一步化学还原法将聚吡咯壳包覆的Fe3O4微球固定在三维石墨烯凝胶上，制备了GR-Fe3O4@Ppy复合材料（GFPs），如图4（c）（d）（f）所示。GFPs表现出了轻质、吸波性能强的特点，厚度为2.5 mm时，其最小反射损耗在6.32 GHz处可达-40.53 dB，有效吸收带宽可达5.12 GHz。

ZUO Yuxin等[48]首次利用DLP 3D打印技术成功制备了GR/CIP/聚甲基丙烯酸甲酯三元复合吸波材料（GR/CIP/PMMA），如图4（e）所示。当石墨烯含量为1%、CIP含量为47.8%时，2.1 mm厚的复合材料的最大反射损耗为-54.4 dB，有效吸收带宽为3.41 GHz。YIN Pengfei等[49]制备了具有良好低频吸波性能的CIPs/ZnO/GR三元片状杂化材料，如图4（g）所示，匹配厚度为4.0 mm时的最佳反射损耗和有效吸收带宽分别为-45.57 dB和0.41 GHz。GILL Nisha等[50]采用原位聚合法合成了聚吡咯-钴铁氧体-石墨烯纳米复合材料（PCG），如图4（h）所示，得益于界面极化和介电损耗的增加，PCG纳米复合材料的最佳反射损耗达到-37.0 dB。

石墨烯/磁性金属/导电聚合物三元复合吸波材料兼具介电损耗、磁损耗、导电损耗三种损耗机制，既能解决磁损耗型吸波材料密度大、吸波频段窄等问题，又有利于调节复合物的电磁参数以达到阻抗匹配要求，进而提高吸波性能，拓宽吸波频带。

羰基铁粉价格低廉、制取容易，由于较高的居里温度点、较好的热稳定性、较大的磁损耗等特点在电磁波吸收领域普遍使用。然而，由羰基铁粉的金属属性引起的低电阻率、易氧化等缺陷严重限制了其应用。针对羰基铁粉的高导电性和低阻抗性，主要通过引入核壳结构改善材料的表面特性，如CIP@ZnO[51]、CIP@MnO2[52]、CIP@Al2O3[53]等。此外，石墨烯的加入可以有效提高纳米粒子的分散性，使其分散均匀，避免团聚[54]。壳材料与核材料之间的界面会引起大量的界面极化，合适的覆盖羰基铁粉的绝缘壳可以有效降低材料的导电性，改善阻抗匹配特性，提高其吸波性能[37]。因此，石墨烯基羰基铁粉核壳结构三元复合吸波材料受到越来越多研究者的关注。

XU Yang等[54]将还原氧化石墨烯（RGO）负载在片状羰基铁（FCI）表面后，通过原位聚合法在其表面包覆了聚苯胺（PANI），如图5（a）（b）（d）所示，得到的RGO/FCI/PANI核壳结构复合材料在2～18 GHz具有优异的微波吸收性能，在厚度为2.0 mm、频率为11.8 GHz时的最小反射损耗为-38.8 dB。WENG Xiaodi等[55]制备了具有核壳结构的片状羰基铁/还原氧化石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮三元复合吸波材料（FCI/RGO/PVP），如图5（c）（e）（f）所示，三元复合材料的介电损耗主要归因于取向极化和界面极化，而磁损耗主要归因于涡流损耗、自然共振、交换共振和磁滞损耗。当FCI/RGO涂层厚度为2.5 mm时有最小反射损耗-103.8 dB;当PVP质量浓度为4 mg/mL时，FCI/RGO/PVP的有效吸收频带宽达13.8 GHz（4.2～18 GHz）。黄琪惠等[56]用热分解法原位制备了多层石墨烯-Fe@Fe3O4核壳结构复合材料（GR-Fe@Fe3O4），如图5（g）（h）所示。Fe@Fe3O4复合粒子负载在多层石墨烯表面和边缘，粒子分散性良好，Fe粒子外包覆的2～4 nm致密Fe3O4壳层增强了其抗氧化性，复合材料表现出优异的微波吸收性能。匹配厚度为3 mm时，复合材料的反射损耗在4.3 GHz处达到-25.0 dB。

羰基铁粉是使用最广泛的传统吸波材料之一，低电阻率、易被氧化和腐蚀等问题会影响材料的吸波性能，选择合适的覆盖羰基铁粉的绝缘壳，降低材料的导电性、改善阻抗匹配特性是解决这一问题的关键。目前，一些研究人员首先以羰基铁粉为核材料，以PANI、Fe3O4、Ag、Al2O3等为壳材料分别构建了羰基铁粉核壳结构体系，然后在该体系中引入石墨烯等碳基材料，最终制备的复合吸波材料改善了羰基铁粉作为吸波剂存在的不足，并且具有良好的电磁波吸收效果。因此，石墨烯基羰基铁粉核壳结构三元复合吸波材料受到越来越多研究者的关注。

4 石墨烯基四元复合吸波材料

多组分的存在有利于引入多种损耗机制及拓宽吸波频带，为了达到“薄、轻、宽、强”的要求，研究人员通常将多种损耗组分复合制备高性能吸波剂，该方法在提升吸波剂阻抗匹配性能的同时，进一步引入了除电损耗、介电损耗和磁损耗以外的损耗机制（如多重反射、界面极化、偶极子极化等）。随着研究的深入及技术的不断改进，具有四种吸波组分的石墨烯基四元复合吸波材料已经成为研究热点之一。

WANG Yan等[57]制备了FeCo@SnO2@石墨烯@聚苯胺磁性四元纳米复合材料（FeCo@SnO2@GR@PANI），在兼具电损耗、介电损耗和磁损耗三种损耗机制的同时，FeCo、SnO2、聚苯胺和石墨烯之间的多重界面增强了电磁波的多重反射。此外，多界面的存在使复合材料产生了偶极子极化和界面极化效应。与一元FeCo材料和二元FeCo@SnO2材料相比，FeCo@SnO2@GR@PANI的电磁吸收特性显著增强。匹配厚度为3 mm时，其最大反射损耗值在6.4 GHz处可达-39.8 dB，有效吸收带宽可达3.1 GHz（4.6～7.7 GHz）。WANG Lei等[58]制备了GR@Fe3O4@SiO2@SnO2纳米复合材料，GR@Fe3O4、Fe3O4@SiO2和SiO2@PANI之间的多重界面和界面极化增强了复合材料对电磁波的耗散能力，聚苯胺及存在于Fe3O4和聚苯胺之间的空隙导致了相对较大的比表面积，为电磁波的反射和散射提供了更多的活性位点。与石墨/Fe3O4相比，该纳米复合材料表现出显著增强的微波吸收性能，涂层厚度为2 mm时，其最大反射损耗值和有效吸收带宽分别为-37.4 dB和6 GHz（12～18GHz）。BHATTACHARYA Pallab等[59]使用一种简便的方法合成了具有导电网络的GR/Ti/CNT/Fe3O4/PANI双功能纳米复合材料，纳米复合材料各组分之间丰富的界面极化改善了材料的微波吸收性能和电化学性能。在9.96 GHz、2.5 mm厚度處有最佳反射损耗-51.87 dB，有效吸收频带4.2 GHz（8.2～12.4 GHz）。TGA分析显示，750 ℃下该复合材料质量最大，仅减少26%，这对研究高温吸波材料、解决吸波材料在工程应用中的实际问题有重要意义。

調整复合材料的组成是优化其吸波性能常见的策略，然而大量研究表明，吸波材料的吸收特性与其结构密切相关，合理的结构设计有利于吸波性能的最大化，如层状、多孔状、纳米棒状、球状等特殊结构会形成一定的缺陷和多重界面，而这些缺陷和界面会引入额外的损耗机制，增强复合吸波材料的空间极化和界面极化现象，进而激发电子极化，促进其对电磁波的吸收[11]。

LI Jinsong等[60]通过电泳技术在CNT-Fe3O4-PANI膜上沉积了RGO粒子，制备了一种性能稳定的多层复合吸波材料（CNT-Fe3O4-PANI-RGO），如图6（a）（b）所示。层状结构的存在显著增强了该吸波剂界面间的极化弛豫，同时介电损耗型组分和磁损耗型组分的复合更改善了该吸波剂和自由空间之间的阻抗匹配。因此，CNT-Fe3O4-PANI-RGO复合材料的吸波性能超过大多数石墨烯基和碳纳米管基复合吸波材料，其最小反射损耗和有效吸收带宽分别为-53.2 dB和5.87 GHz。

WANG Lei等[61]构建了一种基于石墨烯的新型分级结构，如图6（c）～（e）所示，其中具有核壳结构的Fe3O4@SiO2@PANI纳米粒子密集地覆盖在石墨烯表面。与GO@Fe3O4二元复合材料相比，具有分级结构的GR@Fe3O4@SiO2@PANI表现出了更强的吸波性能，当匹配厚度为2.5 mm时，其最小反射损耗值为-40.7 dB，有效吸收带宽可达5.8 GHz（10.5～16.3 GHz）。

HUANG Ying等[62]成功制备了具有三明治包覆结构的CoNi@SiO2@GR@PANI四元复合吸波材料，如图6（f）（h）（i）所示，电镜结果显示球形CoNi@SiO2粒子均匀地分散在石墨烯@聚苯胺纳米片的表面。由于阻抗匹配和多界面极化的增强，与CoNi@SiO2相比，CoNi@SiO2@GR@PANI的电磁吸收性能有了明显提高。当匹配厚度为2 mm时，其在15.4 GHz时的最大反射损耗可达-43 dB，有效吸收带宽为57 GHz（12.3～18 GHz）。

WANG Yan等[63]制备了银粒子修饰的三明治夹层结构石墨烯@氧化镍@聚苯胺四元复合吸波材料（GR@NiO@PANI@Ag），如图6（g）（j）（k）所示。归因于高衰减常数、良好的阻抗匹配、多重散射和丰富的界面极化，GR@NiO@PANI@Ag在13.4 GHz时的最大反射损耗为-37.5 dB，厚度为35 mm时的有效吸收带宽为4.9 GHz。

由于在同一个体系中同时存在多种吸波组分，石墨烯基四元复合吸波材料最突出的特点是具有更宽的有效吸收频带，以及更广的适用范围，可以满足多个场景下的使用要求。但是相对来讲，石墨烯基四元复合吸波材料的制备过程大多较为复杂，因此，未来针对石墨烯基四元复合吸波材料的研究重点应放在保持高效吸波性能的同时探索简便的制备方法。

5 结 论

石墨烯吸波材料具有质轻、导电率高等优点，但介电常数大、阻抗匹配性差等缺点限制了其微波吸收性能，将其与其他损耗型材料复合制备多元复合吸波材料可以拓宽吸波频带、增强反射损耗，但也可能存在磁性粒子分散不均匀、制备过程复杂、吸波效果提升不显著的问题。目前，石墨烯基复合吸波材料在“薄、轻、宽、强”方面已取得一定进展，有很多学者探究了基于石墨烯的二元、三元乃至四元的复合吸波材料，其中石墨烯泡沫或石墨烯气凝胶的吸波性能总体较好。为了制备出性能更加优异的石墨烯基复合吸波材料，今后的研究可以朝着以下几个方向发展：

1）合理设计三维结构、增加磁性粒子均匀分散性，以提高阻抗匹配和增强协同衰减。石墨烯泡沫、水凝胶、气凝胶等轻量化的石墨烯结构具有独特的优势，例如石墨烯气凝胶与其他损耗型材料结合后，可以作为一种骨架材料很好地分散各种介质，从而有效改善基体分散不均匀的问题。

2）优化复合材料微观结构设计。一些独特的微观结构，如层状结构、核壳结构和三明治结构等，可以改善阻抗匹配，增强复合材料的空间极化和界面极化现象，提高材料的吸波性能。

3）进一步研究石墨烯基复合吸波材料各组分间的协同作用及其与吸波性能的关系。对这些机理进行系统深入的研究，对于后续吸波体的结构设计，进而科学地指导研究人员制备理想的吸波材料具有现实的指导意义。

4）目前的研究主要着重于石墨烯二元及三元复合吸波材料，探索简便的方法制备石墨烯基四元复合吸波材料将是提高其吸波性能的重要发展方向。

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