成果简介
为制造具有强吸收能力和宽有效带宽的轻质微波吸收器而提出的策略。在本文中，通过 “溶冰”（冷冻和溶剂交换）和随后的退火策略，本文，上海交通大学朱申敏 教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Constructing graphene-based aerogel with bi-continuous interpenetrating networks as a multi-functional microwave absorber”的论文，研究开发了一种由还原氧化石墨烯（RGO）和纤维素纳米纤维（CNF）组成的双连续互穿网络多功能气凝胶。与传统的分步构建两个独立网络不同，这种双连续互穿网络是在一步冷冻过程中同时构建的。
值得注意的是，气凝胶的网络结构可以在冷冻阶段通过调节 CNF（CCNF）的浓度来调整。当CCNF的浓度从2 wt%增加到8 wt%时，网络结构从单一的三维RGO骨架过渡到有序的双连续互穿网络，然后又过渡到无序的CNF/RGO混合网络。在 RGO 骨架和 CNF 网络的共同作用下，气凝胶（14.96mg cm−3）的传导损耗得到了改善，特性阻抗得到了优化，因而具有出色的微波吸收能力。因此，气凝胶的最大反射损耗为 -68.3 dB，有效带宽为 6.9 GHz。此外，独特的网络结构还使样品具有卓越的噪声吸收性能（250-6300 Hz 的归一化吸收系数为 0.894）和良好的结构稳定性。这种策略为构建具有双连续互穿网络的多功能气凝胶提供了一条简便的途径，可用于微波吸收和噪声吸收应用。
图文导读
图1. (a) 双网络结构复合气凝胶的制造工艺示意图。(b) 不同 CCNF 的 C-FeCNFxGO 气凝胶的构造示意图。
图2. (a) 网络结构随 CCNF 增加而变化的示意图。(b, b1) C-FeCNF2GO、(c, c1) C-FeCNF4GO、(d, d1) C-FeCNF6GO 和 (e, e1) C-FeCNF8GO 的扫描电镜图像。
图3. (a-b) 所获材料的 XRD 图样和相关的 JCPDS 卡。(c) C-FeCNFxGO 的拉曼光谱。(d) FeCNF6GO 和 C-FeCNF6GO 的 XPS 图。(e) FeCNF6GO 和 (f) C-FeCNF6GO 的扫描电镜图像。(g) C-FeCNF6GO 的 TEM/EDS 图谱、(h) 高分辨率 TEM 和 (i) 相关的 SAED 图。
图4. C-FeCNFxGO 的（a-e）随频率变化的 RL 曲线、（f）RLmax 和 EAB 值、（g）介电常数的实部和（h）虚部。(i) C-FeCNF6GO 与其他吸收体的 MA 容量比较。
图5. (a) C-FeCNFxGO 的频率相关吸声系数和 (b) 相关 NAC 值。(c) 传递阻抗计算示意图。(d) C-FeCNFxGO 的测量表面声阻抗。(e) C-FeCNF6GO 随厚度变化的吸声系数。(f）C-FeCNF6GO 的 NAC（250-6300 Hz）与其他吸声材料的比较
图6. 压缩应变为 (a) 30%、(b) 50% 和 (c) 70% 时 C-FeCNF6GO 的应力应变图。(d) 循环压缩后 C-FeCNF6GO 的高度保持率、(e) 吸音能力和 (f) 相关的 NAC。
小结
在这项工作中，通过冷冻、溶剂交换和退火等可控策略，研制出了一种具有双连续互穿网络结构的轻质弹性 RGO 基气凝胶（14.9614.96 mg cm−3）。在冷冻阶段，将含有 “凝胶状 “CNF 簇的悬浮液与 GO 混合，然后进行冷冻。这一过程同时构建了两个独立但又相互渗透的网络，有别于传统的分步模板法。值得注意的是，通过增加 CNF 的浓度，三维网络结构可控地从单一的三维 RGO 骨架调整为有序的双连续互穿网络，然后再调整为无序的 CNF/RGO 混合网络。在这些气凝胶中，C-FeCNF6GO 的传导损耗得到了改善，阻抗匹配性能也得到了优化，因此在厚度为3毫米时，其微波吸收率较高（11.7 GHz 时为 -68.3 dB），有效频带较宽（8.8-15.7 GHz）。此外，双连续互穿网络结构和优化的成分赋予了 C-FeCNF6GO 极佳的噪声吸收能力和良好的结构稳定性。值得注意的是，将理想的吸声性能和结构稳定性结合在一起的微波吸收器在我们的生活中有着广阔的应用前景，特别是在消除工业噪声和微波污染方面。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.118823
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