石墨烯氣凝膠作為一種新型的碳基復(fù)合材料，具有導(dǎo)電性高、結(jié)構(gòu)可調(diào)、耐腐蝕性好等特點(diǎn)，在吸波領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的潛力。通過(guò)制備工藝設(shè)計(jì)有效調(diào)控石墨烯氣凝膠復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，精確控制其介電性能，對(duì)提高其吸波性能具有重要意義。本研究以石墨烯和短纖維纖維素為原料，采用基于溶解-再生策略的冷凍干燥法，成功制備了兩種具有三維多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯/纖維素氣凝膠復(fù)合材料。對(duì)比分析了它們微觀結(jié)構(gòu)、介電性能和相應(yīng)的電磁波吸收性能的差異，結(jié)果表明，在纖維素基體中引入石墨烯納米片的石墨烯/纖維素氣凝膠復(fù)合材料具有優(yōu)異的吸波性能。添加 32wt% 石墨烯的石墨烯/纖維素氣凝膠復(fù)合材料在相對(duì)較大的厚度范圍（3.9–4.7mm）內(nèi)實(shí)現(xiàn)了整個(gè) X 波段（8–12.4GHz）的有效電磁波吸收（反射損耗小于 −10 dB）。所提出的氣凝膠的密度不超過(guò) 0.02g/cm3，顯示出作為優(yōu)異的輕質(zhì)微波吸收材料的巨大潛力。總結(jié)了多尺度電磁波吸收機(jī)理，為設(shè)計(jì)具有寬帶完美吸收的超輕質(zhì)吸收材料提供重要參考。
圖1. 兩種GNS/纖維素氣凝膠的制備過(guò)程：（a）IGNS/纖維素氣凝膠；（b）M-GNS/纖維素氣凝膠。
圖 2. 所制備氣凝膠的形貌：（a）純纖維素氣凝膠；（b~c）IGNS/纖維素氣凝膠；（d~f）M-GNS/纖維素氣凝膠。
圖3. 具有不同GNS含量的I-GNS/CA和M-GNS/CA復(fù)合材料的復(fù)介電常數(shù)：(a)I-GNS/CA復(fù)合材料的實(shí)部；(b)I-GNS/CA復(fù)合材料的虛部；(c)M-GNS/CA復(fù)合材料的實(shí)部；(d)M-GNS/CA復(fù)合材料的虛部；(e~f)I-GNS/CA和M-GNS/CA復(fù)合材料的比較。
圖 4. GNS/CA 復(fù)合材料在 8-12.4 GHz 頻率范圍內(nèi)的厚度相關(guān) RL。(a) 10%-I-GNS/CA；(b) 16%-I-GNS/CA；(c) 23%-I-GNS/CA；(d) 22%M-GNS/CA；(e) 32%-M-GNS/CA；(f) 38%-M-GNS/CA；(g) 在 X 波段有效吸收的 MGNS/CA 復(fù)合材料的厚度范圍 (RL<-10 dB)；(h) 不同厚度的 32%-M-GNS/CA 復(fù)合材料的頻率相關(guān) RL 曲線。(i) I-GNS/CA 和 M-GNS/CA 復(fù)合材料的 RL 曲線比較。
圖 5. 所提出的 GNS/CA 復(fù)合材料的電磁波吸收機(jī)制示意圖。
相關(guān)科研成果由西北工業(yè)大學(xué)Xiaomeng Fan，西安郵電大學(xué)Qian Zhou，西安科技大學(xué)Lifei Du等人于2024年發(fā)表在Journal of Colloid and Interface Science（https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.10.057）上。原文：Facilitative preparation of graphene/cellulose aerogels with tunable microwave absorption properties for ultra-lightweight applications
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.10.057
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
