随着纳米技术的蓬勃发展，微观结构的精细调节在电磁波吸收器的设计中展现出诱人的潜力。本文，中科院上海硅酸盐所 Xiao You、Ruixiang Deng、董绍明院士等研究人员在《Nano-Micro Letters》期刊发表名为“Graphene Aerogel Composites with Self-Organized Nanowires-Packed Honeycomb Structure for Highly Efficient Electromagnetic Wave Absorption”的论文，研究成功构建了分层多孔结构和复合异质界面，优化了电磁损耗能力。通过冰模板辅助三维打印策略形成的宏微观协同石墨烯气凝胶被原位生长的碳化硅纳米线（SiCnws）切割，而氮化硼（BN）界面结构则被引入到石墨烯纳米板上。独特的复合结构迫使入射电磁波发生多重散射，确保了界面极化、传导网络和磁介质协同作用的综合效果。因此，制备的复合材料在 2.5 mm 时的最小反射损耗值为 – 37.8 dB，有效吸收带宽 (EAB) 为 9.2 GHz（从 8.8 GHz 到 18.0 GHz）。此外，依靠 SiCnws 和 BN 固有的耐高温特性，在 600 °C 的空气环境中退火 10 小时后，EAB 仍保持在 5.0 GHz 以上。
图1、a ）预制备的 GBS 复合材料示意图。b, c ）预制备的 GA 复合材料的微观结构，插图为背散射视图，显示了 Fe3O4 的均匀分布。h, i） TEM 图像和 j, k） HRTEM 图像。
图2、a Real part ε′, b imaginary part ε″, and c tangent loss tan δε as a function of frequency of as-prepared samples. d Real part μ′, e imaginary part μ″, and f tangent loss tan δμ as a function of the frequency of as-prepared samples
图3、不同厚度的 a GS2、b GBS2 和 c GBS4 复合材料在 2-18 GHz 频率范围内的计算 RL 值的等值线图。
图4、电磁波吸收特性。
图5、制备的GBS2复合材料在2-18 GHz频率范围内，在600℃不同厚度空气中分别退火5 h和10 h，计算得到的RL值等值线图。
图5、制备的GS2、GBS2和GBS4复合材料和制备的GBS2复合材料在2-18 GHz频率范围内，在600℃空气中退火0、5和10 h的衰减常数。
总之，通过冰模板辅助三维打印策略构建了蜂窝状结构的石墨烯气凝胶。随后在气凝胶中加入原位生长的 BN 和 SiCnws，从而构建出具有异质界面和分层多孔结构的 GBS 复合材料。复合材料的多层次结构和异质相延长了入射电磁波的散射路径，有效实现了阻抗匹配和多重损耗的协同优化。因此，制备的 GBS2 复合材料在 2.5 mm 时的 EABmax 为 9.2 GHz（从 8.8 GHz 到 18.0 GHz），RLmin 为 – 37.8 dB。此外，基于 BN 和 SiCnws 固有的耐高温特性，复合材料表现出卓越的热稳定性。在 600 °C 的空气环境中退火 5 小时后，复合材料的微结构演变导致 3.4 毫米处的 EAB 上升至 9.7 GHz（从 8.3 GHz 上升至 18.0 GHz），这表明复合材料在高温应用方面具有广阔的发展前景。这项工作中的微结构设计和制备为低维材料中结构和功能的协同优化提供了新的见解。
原文：https://doi.org/10.1007/s40820-024-01541-y
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