成果简介
气凝胶基复合材料以其三维（3D）网络结构而闻名，作为轻质电磁（EM）波吸收体正受到越来越多的关注。然而，要同时获得高反射损耗、宽有效吸收带宽（EAB）和超薄厚度是一项艰巨的挑战，这是因为对三维网络内具有协同损耗机制的磁性/介电多成分的精确结构调整和整合有着严格的要求。
本文，山东大学刘久荣 教授、王凤龙 教授等在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Ultralight Hierarchical Fe3O4/MoS2/rGO/Ti3C2Tx MXene Composite Aerogels for High-Efficiency Electromagnetic Wave Absorption”的论文，研究通过定向冷冻和后续热处理工艺，成功合成了三维分层多孔 Fe3O4/MoS2/rGO/Ti3C2Tx MXene（FMGM）复合气凝胶。
由于其巧妙的结构和多组分设计，FMGM 气凝胶具有丰富的异质界面结构和磁介质协同作用，表现出优异的阻抗匹配特性和多样化的电磁波吸收机制。经过优化后，制备的超轻（6.4 mg cm-3）FMGM-2气凝胶表现出卓越的电磁波吸收性能，在厚度为3.61 mm时的反射损耗最小为-66.92 dB，厚度为2.3 mm时的EAB为6.08 GHz，优于之前报道的大多数基于气凝胶的吸收材料。这项研究为制造轻质、超薄、高效和宽带电磁波吸收材料提供了一种有效策略。
图文导读
图1. FMGM 复合气凝胶的制备过程示意图。
图2. (a) Fe3O4/MoS2 的 SEM 图像和相应的 EDS 元素图谱。(b) Fe3O4/MoS2 界面的电荷密度差异（蓝色区域表示电荷积累，黄色区域表示电荷耗尽）。(c-f）FMGM-2 复合气凝胶的 SEM 图像和相应的 EDS 元素图谱（（c）的插图是气凝胶放在花上的数码照片）。(g-i）FMGM-2 复合气凝胶的 HRTEM 图像。
图3：（a）FMGM-1、FMGM-2、FMGM-3 和 GM 复合气凝胶的 XRD 图样和（b）拉曼光谱。FMGM-2 复合气凝胶中 (c) C 1s、(d) O 1s、(e) Mo 3d 和 (f) Ti 2p 的 XPS 高分辨率光谱。
图4. (a-c) GM、(d-f) FMGM-1、(g-i) FMGM-2 和 (j-l) FMGM-3 不同厚度的 RL 值、三维和二维 RL 曲线。
图5、 电磁参数 GM、FMGM-1、FMGM-2 和 FMGM-3 复合气凝胶的电磁参数：（a）ε′，（b）ε″，（c）tan δε，（d）μ′，（e）μ″，（f）tan δμ，（g）Cole-Cole 图，（h）C0 和（i）α。
图6. (a) GM、(b) FMGM-1、(c) FMGM-2和(d) FMGM-3复合气凝胶在 2 至 18GHz 不同厚度下的 Z 值计算结果。
图7：FMGM-2 复合气凝胶的电磁波吸收机制示意图 FMGM-2 复合气凝胶的电磁波吸收机制示意图。
小结
综上所述，我们通过直接的定向冷冻和热处理方法，成功合成了具有明显分层多孔结构的 FMGM 复合气凝胶，用于微波吸收。研究发现，电磁波吸收性能可通过调整 Fe3O4/MoS2 的添加剂含量来调节。在测试的成分中，FMGM-2 复合气凝胶表现出优异的电磁波吸收性能，在厚度为 3.61 毫米时，RLmin 为 -66.92 dB；在厚度为 2.3 毫米时，EAB 为 6.08 GHz，超过了大多数已报道的气凝胶基吸收体。综合研究表明，FMGM-2复合气凝胶增强的电磁波吸收特性源于其独特的多层分级通道结构，这种结构有利于电磁波的有效多次散射，并增强了电磁波的损耗能力。此外，磁介质双组分花状 Fe3O4/MoS2 复合材料的引入创造了丰富的异质界面，从而建立了磁介质协同系统，整合了多种损耗机制，包括界面极化、偶极子极化、导电损耗和磁损耗。这种复合系统优化了阻抗匹配，进一步提高了电磁波吸收性能。我们相信，这项研究为开发具有广泛 EAB 的轻质、高 RL、薄厚度吸收器提供了一种有效方法。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.4c05903
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