安徽理工《Comp Sci Tech》：复合气凝胶，优异的吸波性能！

随着现代信息技术的飞速发展，各种各样的电子设备给人类生活带来了极大的便利。然而，电磁辐射对人类健康和环境的危害越来越严重，甚至给国家和个人的电子信息安全带来了一些问题。因此，迫切需要制备低密度、强吸收、薄厚度和宽带宽的优异的电磁波(EMW)吸收剂来消除不利的电磁波。

还原氧化石墨烯(RGO)，一种二维(2D)碳材料，具有低密度、大比表面积、高纵横比和高电荷载流子迁移率，已被广泛应用于EMW吸收领域。此外，在RGO表面或边缘有几个含氧官能团和缺陷，在交变电磁场下会引起介电损耗。高电导率引起的阻抗失配导致的单RGO具有较差的EMW吸收能力，这是不令人满意的。

气凝胶是一种合成多孔材料，其中凝胶的液体成分被气体替代。通常，气凝胶显示独特的三维(3D)开放多孔网络，相当高的比表面积和相当低的表观密度。众所周知，多孔结构不仅可以大大降低堆积密度，而且可以显著提高EMW吸收剂和空气之间的阻抗匹配程度。因此，RGO气凝胶或基于RGO的复合气凝胶将是有希望的轻质EMW吸收剂。

安徽理工大学等单位的研究人员采用水热法和冷冻干燥两步法制备了超轻氮掺杂还原氧化石墨烯/多壁碳纳米管复合气凝胶。所制备的氮掺杂还原氧化石墨烯/多壁碳纳米管复合气凝胶有望成为轻质、高性能的EMW吸收材料。这项研究工作发表在国际著名期刊《Composites Science and Technology》上。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266353821001743

形貌分析结果表明，合成的二元复合气凝胶呈现出独特的三维多孔网状结构，孔径约为几十微米，由相邻的多孔RGO片通过一些微小的多壁碳纳米管连接而成。此外，作者研究了多壁碳纳米管的络合、多壁碳纳米管的长度和填料含量对复合气凝胶的电磁波(EMW)吸收性能的影响。值得注意的是，制备的长碳纳米管的复合气凝胶比短碳纳米管的二元复合气凝胶具有更强的EMW吸收能力。

具体而言，具有长多壁碳纳米管和7.07 wt%掺杂氮含量的复合气凝胶具有5.2 GHz的宽吸收带宽，在仅2.0毫米的匹配厚度和15 wt%的低填料含量下呈现53.3 dB的最佳反射损耗。有趣的是，反射损耗值都小于20 dB，匹配厚度从1.5毫米变化到4.5毫米。此外，还揭示了反射损耗和填料含量之间的关系。此外，阐明了潜在的EMW吸收机制。

图1.多壁碳纳米管复合气凝胶的合成方法

图2. 扫描电镜图

图3  反射损耗图

图4  电磁波吸收机理

综上所述，作者通过简单的水热和冷冻干燥两步法制备了具有三维多孔网状结构的氮掺杂还原氧化石墨烯/多壁碳纳米管复合气凝胶。形貌和结构研究结果表明，大量的多壁碳纳米管均匀地附着在片状纳米石墨烯的褶皱表面，大量的氮原子被掺杂到RGO中。此外，还研究了多壁碳纳米管的络合、长度和填料含量对复合气凝胶EMW吸收性能的影响。值得注意的是，所制备的具有长多壁碳纳米管的复合气凝胶表现出综合的最佳EMW吸收能力，在非常小的厚度和低填料含量下具有强吸收和宽吸收频带。此外，通过将匹配厚度从1.5毫米调整到4.5毫米，几乎所有小于20dB的RL值都可以实现。此外，作者还详细研究了电磁波吸收强度与填料含量之间的关系。构造良好的3D网状结构、良好的阻抗匹配、增强的极化弛豫和传导损耗可能是优越的EMW吸收能力的主要原因。该工作有助于设计和制备石墨烯基三维结构复合材料作为轻质高效的电磁波吸波材料。（文：one end）