成果简介
具有三维（3D）分层多孔结构的石墨烯气凝胶作为吸波材料已引起广泛关注。本文，青岛大学贾梓睿 副教授等研究人员在《Materials Research Bulletin》期刊发表名为“Ultralight 3D cross-linked reinforced graphene@Fe3O4 composite aerogels for electromagnetic wave absorption”的论文，研究以增强型三维氧化石墨烯/碳纳米管/环氧树脂气凝胶（GCEA）为模板，通过原位化学沉淀法成功地在孔壁上沉积了Fe3O4纳米颗粒，从而制备出兼具介电和磁损耗特性的三维复合气凝胶吸波材料（rGCEA@Fe3O4）。
rGCEA@Fe3O4 具有优异的结构稳定性、导电网络和均匀分布的磁性颗粒。rGCEA@Fe3O4 具有优异的电磁波（EMW）吸收性能，在频率为 12.08 GHz、厚度为 2.5 mm 时，最小反射损耗（RL）达到 -58.13 dB。当厚度为 2.2 毫米时，有效带宽在 6.64 千兆赫时达到最大。本研究制备的气凝胶可直接用作精密仪器的封装和吸收材料。这项研究为三维分层吸波复合材料的开发提供了一种新方法。
图文导读
图1. (a) rGCEA@Fe3O4-3 的合成示意图；(b) 气凝胶的 XRD 光谱；(c) 气凝胶的拉曼光谱；(d) GCEA、rGCEA@Fe3O4-3 的 XPS 宽扫描光谱。(e) C1s、(f) O1s 和 (g) Fe2p 的 XPS 曲线拟合。
图2. SEM 图像：（a）和（b）；TEM 图像：（c）和（d）；元素映射图像：（e）-（h）；（i）SAED 图案；（j）磁铁吸引的光学照片；（k）200 克重的压缩过程；（l）rGCEA@Fe3O4-3 在水中用 80 KHz 超声波 30 分钟的稳定性。
图3：rGCEA@Fe3O4-3 的（a）TGA、（b）DTG、（c）VSM，以及 GCEA、Fe3O4、GCEA/Fe3O4 和 rGCEA@Fe3O4-3 的（d）ε′、（e）ε”、（f）tanδε、（g）μ’、（h）μ”、（i）tanδm 的频率依赖性。
图4. 不同厚度（a-c）rGCEA@Fe3O4-X（X=2、3、4）的 RL-f 曲线，以及（d-f）样品的二维等高线图。
图5. rGCEA@Fe3O4 的微波吸收示意图。
小结
这项研究通过简单的原位化学沉淀工艺，成功合成了一种兼具优异介电损耗和磁损耗的复合吸波材料–rGCEA@Fe3O4。用金属颗粒对石墨烯进行原位化学还原，有效缓解了石墨烯聚集问题，保留了三维 GCEA。此外，磁性 Fe3O4 纳米粒子的引入调整了 rGCEA@Fe3O4 的阻抗匹配，增强了其损耗能力。在频率为 12.08 GHz、厚度为 2.5 mm 时，rGCEA@Fe3O4-3 的 RLmin 值为 -58.13 dB。此外，在厚度为 2.2 mm 时，它的超宽 EAB 为 6.64 GHz。适当的 Fe3O4 含量和三维网络结构有助于改善阻抗匹配和吸收性能。以高强度亲水性三维 GO 复合气凝胶为模板，应用还原反应还原模板，同时在其孔隙中沉积吸收材料，这显示了开发三维梯度吸收基底的潜力，可用于制造结构功能复合材料。
文献：https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2024.112696
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