成果简介
石墨烯基气凝胶因其轻质、高效的微波吸收（MA）特性而备受关注；然而，如何优化阻抗匹配与低频衰减能力之间的关系仍然是一项挑战。本文，南京信息工程大学邵高峰 副教授《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Nanolayered Ceramic-Confined Graphene Aerogel with Conformal Heterointerfaces for Low-Frequency Microwave Absorption”的论文，研究通过前驱体渗入和热解，构建了一种具有共形异质界面的三维（3D）碳氮化硅（SiCN）纳米陶瓷涂层石墨烯气凝胶，以优化低频下的微波吸收性能。
由于二维夹层 SiCN/石墨烯/SiCN细胞壁的阻抗匹配增强、界面极化显著以及三维多孔骨架内发生的多重散射，气凝胶在 4.92GHz 的超低频率（C波段）下实现了-57.9dB 的最小反射损耗，并在1.7mm 的超低厚度下实现了5.0 GHz 的宽带宽。本文开发的策略提供了一种通过联合优化界面极化和阻抗匹配来增强石墨烯气凝胶介电极化损耗的方法，为设计用于低频MA的高性能石墨烯基材料提供了启发。
图文导读
图1.（a） GA/C样品制备过程示意图。（b） 光学图像，（c-e） SEM 图像，（f） EDS 映射图像，和 （g， h） GA/C-5 样品的 HRTEM 图像。（i） 在1200 °C热解的SiCN陶瓷的HRTEM图像。
图2.（a） 具有不同PSZ前体浓度的GA/C样品的累积侵入与孔径的关系，（b）孔径分布，以及（c）孔隙率和堆积密度。（d） XRD 图谱，（e） XPS 测量光谱，（f） C1 的高分辨率 XPS 光谱，以及 （g–i） 在不同温度下热解的 GA/C 样品的拉曼光谱。
图3.（a）复介电常数的实部和（b）虚部，（c）衰减常数，（d）拟合电导率，（e）拟合2 GHz时的传导损耗，（f）从2到18 GHz的极化损耗的平均值，（g，h）介电损耗拟合，以及（i）GA/C样品的Cole-Cole曲线。
图4.（A–F）计算出的 GA/C 样品的 RL 值、（g、h） 2D 投影图和 （i–l） RL 曲线低于 −10 dB。
图5.EMW吸收性能比较
图8.EMW吸收机制示意图。
小结
本研究提出了一种制备具有增强界面效应的 GA/C 复合材料的可行方法。二维夹层 SiCN/石墨烯/SiCN 蜂窝壁中存在大量共形异质界面，这增强了界面极化能力，有助于介质耗散。此外，共形结构诱导了石墨烯纳米片独特的皱褶形态，从而限制了电子的传输并实现了阻抗匹配。增强的界面极化和阻抗匹配之间的协同效应使 EAB 达到 1.92 GHz，频率范围为 4.12 至 6.04 GHz。此外，在 4.92 GHz 的超低频率下，RLmin 为 -57.9 dB。因此，这项研究为石墨烯气凝胶中的异质界面工程提供了实现低频微波衰减的见解。它还为其他先进二维材料建立丰富的异质界面以实现增强介质极化损耗提供了一种新颖、可控的方法。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.3c07988
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