成果简介
通信技术的进步使人们越来越关注宽带电磁污染问题，从而对宽带微波吸收材料产生了迫切需求。然而，宽带微波吸收仍然是一个巨大的挑战。本文，北京航空航天大学袁野 副教授团队在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Graphene Oxide Aerogels with Oriented Microstructures as Bilayer Materials for Enhanced Broadband Microwave Absorption”的论文，研究以具有定向微结构的石墨烯气凝胶为研究对象，试图以不同于以往的探索视角获得宽带微波吸收材料。
氧化石墨烯（GO）气凝胶在结构和电磁参数上表现出各向异性。通过组装不同浓度和结构的 GO 气凝胶，可以获得具有宽带微波吸收的双层 GO 气凝胶。GO 气凝胶的表面具有较低的介电常数，从而抑制了初始反射。相反，高内部介电常数增强了内部吸收，从而实现了宽带吸收能力。在 3.95-18 千兆赫范围内，GO 气凝胶的反射损耗（RL）小于-10 分贝，在 7.50 千兆赫时，最小反射损耗（RLmin）为-32.99 分贝。这种宽带吸收性能和轻质特性表明，非均质还原型GO双层气凝胶能有效缓解宽带电磁波能量，适用于飞机和军舰等国防应用。
图文导读
图1.单层和双层结构取向还原GO气凝胶的制备工艺.
图2.（a、b）VRGA-15样品不同分辨率的SEM照片，（b，d）HRGA-15样品不同分辨率的SEM照片，（e）HRGA-15样品的TEM照片，（f）HRGA-15样品的高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）
图3.（a） VGA样品、（b） HGA样品、（c） HRGA样品和（d） VRGA样品的XRD结果。HGA-10和HRGA-10的（e）FTIR和（f）拉曼光谱。
图4.（a） RGA-5、（c） RGA-10 和 （e） RGA-15 的实部介电常数和 （b） RGA-5、（d） RGA-10 和 （f） RGA-15 的介电常数虚部。
图5. (a) HRGA-5/HRGA-10、(b) HRGA-5/HRGA-15、(c) HRGA-10/HRGA-5、(d) HRGA-10/HRGA-15、(e) HRGA-15/HRGA-5 和 (f) HRGA-15/HRGA-10 双层气凝胶的 RL 曲线。(g) RLmin 摘要，(h) 双水平定向结构的 EABoptimal 摘要，(i) 双水平结构示意图。
图6. 表层的浓度和结构对电磁波表面透射率的影响
小结
本研究采用定向冷冻铸造和冷冻干燥方法制备了具有不同密度和取向结构的 rGO 气凝胶。通过对电磁参数的研究，阐明了气凝胶结构的各向异性和介电常数。其中，HRGA-5具有宽带吸收能力，10毫米厚度时的EAB为13.07 GHz，7.65GHz 时的RLmin为-19.66dB。在此基础上，提出了一种基于梯度阻抗的双层同质气凝胶匹配设计。对厚度、梯度和取向等各种参数进行了优化，以实现宽带吸收效果。VRGA-5/HRGA-10组合实现了超宽吸收频带，最高可达14.05GHz（3.95-18 GHz），而在7.50GHz时最强可达-32.99 dB。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c03870
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