成果简介
本文，南京航空航天大学 李金焕 副教授团队在《 ACS Appl. Polym. Mater》期刊发表名为“Graphene/Polyimide Composite Aerogels for Superior Electromagnetic-Wave-Absorbing Materials with High Thermal Stability and Absorption Effectiveness”的论文，研究通过一锅溶热法制备石墨烯/聚酰亚胺复合气凝胶（GPIs），然后在 350 °C 下进行热处理，得到 GPIs (350)。GPIs (350) 具有显著的电磁波吸收特性。
具体来说，厚度为3.75mm时，最小反射损耗可达 -75.90 dB；厚度为 2.70mm 时，有效吸收带宽可达6.44GHz。GPIs (350) 吸收体中氧化石墨烯的实际用量低至3wt %，显示出很高的电磁波吸收效率。值得注意的是，GPIs (350) 还具有出色的热稳定性，温度可达 415 ℃。聚酰亚胺被证明可调节电磁特性，并提供大量石墨烯-聚酰亚胺界面。石墨烯和聚酰亚胺的成分、三维形貌和后热处理的完美匹配保证了其优异的综合电磁波吸收特性。本研究为通过调整工程聚合物来制造具有优异性能的电磁波吸收材料提供了一种更为简便有效的方法。
图文导读
图1.GPI制备与化学演化图。
图2.不同比例的GPI水凝胶示意图（a）;自支撑GPI气凝胶（b）;气凝胶耐压性照片（C）;以及在350°C（d）下处理[GPIs（350）]和未处理（GPI）的样品的质量比和密度图。
图3. PAA、PAAS、PAAS (180)、GPI1 和 GPI1 (350)的傅立叶变换红外光谱 (a) 和热重曲线 (b)；GA、GPI3 和 GPI3 (350) 的 N2 吸附/解吸等温线 (c) 和相应的孔径分布 (d)。
图4. GPI1 (a)、GPI2 (b)、GPI3 (c)、GPI4 (d)、GPI1 (350) (e)、GPI2 (350) (f)、GPI3 (350) (g)、GPI4 (350) (h) 和 GA (i) 的扫描电镜图像。
图5. Reflection loss values, corresponding 3D RL plots, and contour plots for GPI1 (350) (a–c), GPI2 (350) (d–f), GPI3 (350) (g–i), and GPI4 (350) (j–l).
图6. GPI 混合气凝胶的微波吸收机制图。
小结
通过氧化石墨烯与聚酰胺盐不同比例的自组装和还原法制备了一系列石墨烯/聚酰亚胺复合气凝胶（GPIs），然后在 350 °C 下进行后热处理，得到了 GPIs 和 GPIs (350)。实际氧化石墨烯用量分别仅为 2.5-25 wt % 和 1-10 wt % 的 GPIs 和 GPIs (350) 吸收剂均表现出优异的电磁波吸收特性。尤其是 GPIs (350) 的特性更为突出。对于 GPI3 (350)，最小 RL（RLmin）强度可达 -75.90 dB，在 9.96 GHz 时的最大有效吸收带宽（EAB）为 6.44。最重要的是，GPIs（350）在高达 415 ℃ 的温度下显示出卓越的热稳定性。机理研究证实，石墨烯和聚酰亚胺聚合物的组成、三维形貌以及高温热处理后的加工工艺产生了协同效应，保证了良好的阻抗匹配条件和高衰减能力。总之，低填充率、高吸收强度、宽 EAB 和优异的热稳定性确保了它们作为电磁波吸收材料的潜在用途。
文献：https://doi.org/10.1021/acsapm.4c00306
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