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Generation of Defective Few-Layered Graphene Mesostructures by High-Energy Ball Milling and Their Combination with FeSiCuNbB Microwires for Reinforcing Microwave Absorbing Properties

high-energy ball milling
defective few-layered graphene mesostructures
confocal Raman microscopy
electromagnetic abosorbing composites
FeSiNbCuB
Jesús López-Sánchez*, Álvaro Peña, Aída Serrano, Adolfo del Campo, Óscar Rodríguez de la Fuente, Noemí Carmona, Daniel Matatagui, María del Carmen Horrillo, Juan Rubio-Zuazo, Elena Navarro, and Pilar Marín
ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 2, 3507–3521
https://doi.org/10.1021/acsami.2c19886

Defective few-layered graphene mesostructures (DFLGMs) are produced from graphite flakes by high-energy milling processes. We obtain an accurate control of the generated mesostructures, as well as of the amount and classification of the structural defects formed, providing a functional material for microwave absorption purposes. Working under far-field conditions, competitive values of minimum reflection loss coefficient (RLmin) = −21.76 dB and EAB = 4.77 dB are achieved when DFLGMs are immersed in paints at a low volume fraction (1.95%). One step forward is developed by combining them with the excellent absorption behavior that offers amorphous Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb microwires (MWs), varying their filling contents, which are below 3%. We obtain a RLmin improvement of 47% (−53.08 dB) and an EAB enhancement of 137% (4 dB) compared to those obtained by MW-based paints. Furthermore, a fmin tunability is demonstrated, maintaining similar RLmin and EAB values, irrespective of an ideal matching thickness. In this scenario, the Maxwell-Garnet standard model is valid, and dielectric losses mainly come from multiple reflections, interfacial and dielectric polarizations, which greatly boost the microwave attenuation of MWs. The present concept can remarkably enhance not only the MW attenuation but can also apply to other microwave absorption architectures of technological interest by adding low quantities of DFLGMs.

Funding

The present work has been supported by the Ministerio Español de Ciencia e Innovación (MICINN) through the projects: PIE-2010-OE-013-200014, PIE 2021-60-E-030, RTI2018-095856-B-C21, and RTI2018-095303-A-C52; Ministerio de Asuntos Económicos y Transformación Digital (MINECO) by PID2020-114192RB-C41; and Comunidad de Madrid, Spain, by S2018/NMT-4321 NANOMAGCOST. MICINN also supports A.S., D.M., and A.P. through the grants RYC2021-031236-I, RYC2021-031166-I, and PRE2019-0875001234, respectively.

SENSAVAN

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