Herein, the nitrogen-doped Co-C/MWCNTs (multi-walled carbon nanotubes) nanocomposites derived from bimetallic metal–organic frameworks (MOFs) were fabricated by a facile two-step method: firstly, MWCNTs were used as the templates to in-situ nucleation and growth of Co/Zn-MOFs particles and subsequently converted into the Co-C/MWCNTs nanocomposites by the pyrolysis reactions. The structure, compositions, micromorphology, magnetic properties, and electromagnetic parameters of the obtained nanocomposites were systematically investigated by variously analytical techniques. Results revealed that the bimetallic MOFs derived porous carbon nanocomposites showed obviously enhanced electromagnetic wave absorption properties compared with the monometallic. The Co-C/MWCNTs nanocomposite with addition of 12.5 mg of MWCNTs (S2) exhibited the optimal electromagnetic wave absorption performance. The minimum reflection loss (RLmin) achieved −50.0 dB with a thickness of 2.4 mm and effective absorption bandwidth (EAB, RL ≤ −10 dB) reached 4.3 GHz with a thin thickness of 1.8 mm at a low filler loading ratio of only 25 wt%. Moreover, the EAB (3.6 GHz, from 8.2 to 11.8 GHz) covered 86% of the X-band (8.2–12.4 GHz) with a thickness of 2.5 mm. Notably, the obtained nanocomposites showed the dual waveband absorption characteristic. Furthermore, the effects of additive amounts of MWCNTs and filler loading ratios on the EMW absorption properties were carefully explored. Besides, the possible EMW absorption mechanism was further proposed. Our results could be helpful for designing and developing novel MOFs-derived porous carbon nanocomposites as the high-performance EMW absorbers.

Developing ultrabroad radar-infrared compatible stealth materials has turned into a research hotspot, which is still a problem to be solved. Herein, the copper sulfide wrapped by reduced graphene oxide to obtain three-dimensional (3D) porous network composite aerogels (CuS@rGO) were synthesized via thermal reduction ways (hydrothermal, ascorbic acid reduction) and freeze-drying strategy. It was discovered that the phase components (rGO and CuS phases) and micro/nano structure (microporous and nanosheet) were well-modified by modulating the additive amounts of CuS and changing the reduction ways, which resulted in the variation of the pore structure, defects, complex permittivity, microwave absorption, radar cross section (RCS) reduction value and infrared (IR) emissivity. Notably, the obtained CuS@rGO aerogels with a single dielectric loss type can achieve an ultrabroad bandwidth of 8.44 GHz at 2.8 mm with the low filler content of 6 wt% by a hydrothermal method. Besides, the composite aerogel via the ascorbic acid reduction realizes the minimum reflection loss (RLmin) of - 60.3 dB with the lower filler content of 2 wt%. The RCS reduction value can reach 53.3 dB m2, which effectively reduces the probability of the target being detected by the radar detector. Furthermore, the laminated porous architecture and multicomponent endowed composite aerogels with thermal insulation and IR stealth versatility. Thus, this work offers a facile method to design and develop porous rGO-based composite aerogel absorbers with radar-IR compatible stealth.

Graphene foams with three-dimensional (3D) network structure, high porosity, and ultralow density have been regarded as lightweight microwave absorption materials. Herein, nitrogen-doped reduced graphene oxide/multi-walled carbon nanotube composite foams were prepared through a two-step strategy of hydrothermal self-assembly and subsequent high-temperature calcination. Morphology analysis indicated that the 3D networks were composed of overlapped flaky reduced graphene oxide. In addition, the influences of nitrogen doping, calcination temperature, and filler ratios on microwave absorption of composite foams were explored. Results manifested that the microwave absorption of composite foams was remarkably improved with the calcination temperature increased. Dramatically, it was noteworthy that the composite foam obtained under 600 °C calcination (bulk density of ∼10.8 mg/cm3) with an 8 wt % mass filler ratio presented the strongest microwave absorption of -69.6 dB at 12.5 GHz and broadest absorption bandwidth achieved 4.3 GHz (13.2-17.5 GHz) at an extremely low matching thickness equal to 1.5 mm. Moreover, the microwave absorption performance could be conveniently adjusted through modifying the thicknesses, filler ratios, and calcination temperature. The excellent microwave absorption performance of as-prepared composite foams was greatly derived from a well-constructed 3D network structure, significant nitrogen doping, enhanced polarization relaxation, and improved conduction loss. This work proposed a new strategy for fabricating graphene-based composites with a 3D network structure as high-efficiency microwave absorbers.

Segregation of the solidification structure of an immiscible alloy is related to the convection induced by the density differences of the components under gravity during solidification. Here, the solidification of the Al–Bi alloy in both opposing and parallel directions to the gravity force was investigated in situ using radiography and optical flow techniques. A quantitative analysis was performed on the flow, solute, and constitutional undercooling fields at the interface. During upward solidification, a flat solute-enriched layer was observed, with the melt flowing toward the center from both sides of the interface. During downward solidification, the solute-enriched layer was deformed, and solute plumes were observed, with the melt flowing toward the sides from the center of the interface. A high solute concentration gradient enhances the local flow and solute transport. The elongation of the plumes was attributed not only to the convective diffusion of the solute but also to the dispersion of droplet clusters. The forces acting on the droplets were calculated, and it was found that the resultant force on the droplets increased the area of the solute-enriched layer. Convection within the bulk melt and the motion of the droplets have synergistic effects on the flow pattern and solute distribution. Distinct microstructures were observed in opposite directions of solidification owing to the differences in constitutional undercooling and flow instability. This work offers insights into the quantitative measurement and understanding of the multi-physics fields during the solidification process.