科学家制备出新型超轻复合气凝胶吸波材料

作者:放心测系统     发表时间:2022-11-13 21:04:03   浏览次数:40


安徽理工大学化学工程学院疏瑞文教授团队,合成了氮掺杂石墨烯/中空钴铁氧体复合气凝胶,可用于电磁辐射“污染”防护、电磁干扰屏蔽、军事隐身、隔热防火等领域。相关研究成果发表于《材料科学与技术》。


超轻氮掺杂石墨烯/中空钴铁氧体复合气凝胶 课题组供图


随着5G通信技术的快速发展和电子设备的大量应用,电磁波辐射对环境的影响日益增大。因此,治理电磁“污染”,寻找一种能吸收并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料,已成为功能材料领域的研究热点。


当前,吸波材料广泛应用在家用电器、通讯医疗设备的电磁辐射防护和军事隐身领域。 “比如我们使用的笔记本电脑、手机等电子设备内部含有贴片型吸波材料,可有效吸收泄露的电磁辐射,消除电磁干扰。比如在飞机、导弹、舰艇等武器装备表面涂覆吸波材料,可以吸收侦察电波、衰减反射信号,从而突破敌方雷达的防区,成为反雷达侦察的一种有力手段。” 疏瑞文向《中国科学报》介绍。


作为目前世界上密度最小的固体材料——气凝胶,其具有独特的三维多孔网络结构、巨大的比表面积和超低的密度等特点,是一种潜在的轻质吸波材料。


还原氧化石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料和功能化石墨烯。但单一的电磁波损耗机制、较差的阻抗匹配,使得还原氧化石墨烯的电磁吸波能力难以满足实际应用需求。


已有的研究表明,将二维还原氧化石墨烯纳米片组装成三维宏观气凝胶,进一步与磁性铁氧体复合构筑石墨烯基磁性复合气凝胶,不仅能够大大降低体积密度,提高吸波剂和空气之间的阻抗匹配度,还能实现多重电磁损耗机制的协同作用。


此次研究中,疏瑞文团队以氧化石墨烯纳米片为模板、乙二胺为还原剂和氮掺杂剂,采用溶剂热-水热自组装两步法,合成氮掺杂石墨烯/中空钴铁氧体复合气凝胶。


研究发现,复合气凝胶具有独特的三维分级多孔网状结构和极低的密度(12.1~14.5 mg/cm3,约为空气密度的9~11倍)。通过改变钴铁氧体的形貌和添加量,可以有效调控复合气凝胶的电磁参数与吸波性能。其中,当中空钴铁氧体的添加量为15mg、匹配厚度为1.8mm时,复合气凝胶具有最优的吸波性能,可以同时满足“薄厚度、强吸收、宽频带、低密度和填充比”的实际应用需求。


审稿人认为,作者采用简便的方法制备了一种新型氮掺杂石墨烯/中空钴铁氧体复合气凝胶,其具有独特的结构、优异的微波吸收性能和轻质特征,对新一代轻质多功能电磁吸波材料研发具有重要的指导意义。


相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.05.050


来源:科学网

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