成果简介
除了具有优异的电磁波（EMW）吸收特性外，应用于复杂和极端环境的此类材料还必须具有疏水性、抗腐蚀性、隔热性和红外线隐身性。本文，电子科技大学赵睿 副教授、薛卫东 教授团队在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Fabrication of multifunctional Co,N co-doped UIO-rGO aerogel with properties of hydrophobic, anti-corrosion, heat insulation, infrared stealth and electromagnetic wave absorption”的论文，研究采用水热法和冷冻干燥法制造了一种多功能 UIO-la-CoN-rGO 气凝胶，它具有上述所有特性。
该气凝胶中加入了月桂酸（la），以扩大孔径并增强 Zr 基金属有机框架（UIO-66）成分的疏水性。将 UIO-66 纳米球锚定到 Co、N 共掺杂石墨烯纳米片上所产生的大界面极化和偶极极化使其具有很高的电磁波吸收性能，具体表现为 -44.8 dB 的最小反射损耗 (RLmin) 和 7.28 GHz 的宽有效吸收带宽 (EAB)。此外，气凝胶还具有较高的疏水性、抗腐蚀性、隔热性和红外线隐身性。例如，UIO-la-CoN-rGO 的水接触角为 142.5°，表面温度在 100 ℃ 下超过 1 小时后几乎保持不变。此外，在 3.5% 的 NaCl 水溶液中浸泡 30 d 后，UIO-la-CoN-rGO 涂层使气凝胶的阻抗值达到 1.5 × 105 Ω-cm2，防腐效率达到 99.149%。这项研究的结果为设计能在复杂环境中发挥作用的多功能电磁波吸收材料提供了指导。
图文导读
图1.UIO-la-CoN-rGO气凝胶的合成过程图示。
图2. (a)UIO-rGO、(b)UIO-la-rGO、(c)UIO-la-N-rGO、(d)UIO-la-CN-rGO 的扫描电镜图像，(a2-d2)为 a1-d1 的放大图，(e-g)为 TEM 图像，(h)为 SAED 图像，(i)为 UIO-la-CoN-rGO 的相应元素映射图像。
图3：(a) 傅立叶变换红外光谱，(b) XRD 图样，(c) 拉曼光谱，(d, e) 材料的 BET 等温线和孔径分布，(f) XPS 全光谱，(g) C 1s，(h) N 1s 和 Co 2p，(i) Zr 3d，(j-m) UIO-rGO、UIO-la-rGO、UIO-la-N-rGO 和 UIO-la-CoN-rGO 的水接触角。
图4. 材料的 RL 和阻抗匹配图。(a-d）UIO-rGO、UIO-la-rGO、UIO-la-N-rGO 和 UIO-la-CoN-rGO。(1-5) 二维、三维、底部 RL 图、Zin/Z0 和 |Δ| 值。
图6. (a-d)三维电磁波雷达散射信号。(e) RCS 模拟图。(f-k) 红外热图像。(l) EMW 吸收机制。
图7：（a-b）纯环氧树脂涂层碳钢和 UIO-la-CoN-rGO 环氧树脂涂层碳钢。(1-3) 奈奎斯特图、博德阻抗图和博德相位图。(c-d) 等效电路。(e) 纯碳钢、环氧树脂涂层碳钢和 UIO-la-CoN-rGO 环氧树脂涂层碳钢的塔菲尔曲线。(f-g）纯环氧树脂涂层碳钢和 UIO-la-CoN-rGO 环氧树脂涂层碳钢的共聚焦显微镜图像。(h) UIO-la-CoN-rGO 环氧涂层碳钢的防腐蚀功能示意图。
小结
在上述研究中，我们设计并制造了一种多功能 UIO-la-CoN-rGO 气凝胶，它具有疏水、防腐、隔热、红外隐身和电磁波吸收等特性。随后的研究表明，UIO-la-CoN-rGO 气凝胶具有显著的电磁波吸收性能，其 RLmin 值为 -44.8 dB，EAB 值为 7.28 GHz。UIO@rGO 的异质结界面产生的高界面极化、rGO 中大量官能团和缺陷产生的偶极极化以及杂原子掺杂剂促进的极化损耗，都是这种材料具有出色电磁波吸收性能的原因。UIO-la-CoN-rGO 具有出色的防腐蚀性能，这归功于其二维层状结构的防渗透性。这项研究成果为设计新型多功能电磁波吸收材料以应用于复杂环境提供了指导和启发。
文献:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152275
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