成果简介
轻质且可压缩的气凝胶已被广泛认为是用于电磁干扰 (EMI) 屏蔽的有前途的材料。本文，东华大学刘丽芳教授课题组在《ADVANCED MATERIALS NTERFACES》期刊发表名为“Lightweight Cellulose Nanofibril/Reduced Graphene Oxide Aerogels with Unidirectional Pores for Efficient Electromagnetic Interference Shielding”的论文，研究报道了一种通过单向冷冻干燥和热解工艺制备的轻质纤维素纳米纤维/还原氧化石墨烯碳气凝胶。结果表明，具有单向排列孔隙的气凝胶在径向具有更好的压缩回弹性和EMI屏蔽性能。具有低密度 (约0.0058gcm -3 )的单向气凝胶在8.2–12.4GHz下表现出约33dB的高EMI屏蔽效率 (SE)和5759dB cm3g-1的特定EMI SE. 因此，所制备的气凝胶在下一代 EMI 屏蔽材料领域具有广阔的应用前景。
图文导读
图1、a) 单向气凝胶的制造过程示意图。b) 单向冷冻过程的图示。c) u-CNF 1 /还原氧化石墨烯 (rGO) 的数字图像。
图2、从不同方向观察复合气凝胶的的扫描电子显微镜 (SEM) 图像
图3、a) X射线衍射 (XRD) 图案和 c) 纤维素纳米原纤维 (CNF)、氧化石墨烯 (GO)、CNF1 /GO 和 CNF1 /还原GO(rGO) 在热解后的X 射线光电子能谱 (XPS) 光谱在 700°C。b) CNF 1 /GO 和CNF 1 /rGO 不同温度处理的拉曼光谱。d) CNF/rGO在700 °C下热解后的XPS光谱，CNF和GO的质量比不同。e,f) 在700 °C 热解后CNF 1 /GO和CNF 1 /rGO的C1s区域。
图4、a) c-CNF1/还原氧化石墨烯（rGO）和u-CNF1/rGO在不同方向的应力-应变曲线。b) 不同纤维素纳米纤维（CNF）和氧化石墨烯（GO）质量比的u-CNF/rGO的径向应力-应变曲线。c) u-CNF1/rGO 在径向上的循环压缩曲线。d) u-CNF1/rGO 在径向压缩到不同应变时的应力-应变曲线。
图5、不同纤维素纳米纤维（CNF）和氧化石墨烯（GO）质量比的u-CNF/还原氧化石墨烯（rGO）的电导率，以及不同温度下热解后u-CNF 1 /rGO的电导率（插入：图表与 u-CNF 1 /rGO连接的 LED 灯）。
图6、a）u-CNF/还原氧化石墨烯（rGO）与其他多孔材料的电磁干扰（EMI）屏蔽性能的比较。b) 显示典型 EMI 屏蔽材料之间比较的雷达图。电磁 (EM) 波在气凝胶上传输的示意图：c) u-CNF/rGO，和 d) c-CNF/rGO。
小结
总之，采用单向冷冻铸造方法制备了具有各向异性结构的轻质CNF/rGO复合气凝胶。单向复合气凝胶在径向的压缩回弹性和EMI屏蔽性能优于常规气凝胶。对于获得的各向异性气凝胶，高孔隙率赋予它们在 X 波段频率范围内的良好吸收能力。此外，还讨论了CNF和GO的质量比对复合气凝胶性能的影响。该研究拓宽了CNF和GO在功能材料中的应用，并在此研究的基础上探索了复合气凝胶的隔热、阻燃和自清洁等多功能性。
文献：https://doi.org/10.1002/admi.202101437
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