科學家制備出新型超輕復合氣凝膠吸波材料 可有效吸收削弱電磁波輻射
安徽理工大學化學工程學院疏瑞文教授團隊，合成了氮摻雜石墨烯/中空鈷鐵氧體復合氣凝膠，可用于電磁輻射“污染”防護、電磁干擾屏蔽、軍事隱身、隔熱防火等領域。相關研究成果發表于《材料科學與技術》。
超輕氮摻雜石墨烯/中空鈷鐵氧體復合氣凝膠 課題組供圖
隨著5G通信技術的快速發展和電子設備的大量應用，電磁波輻射對環境的影響日益增大。因此，治理電磁“污染”，尋找一種能吸收并削弱電磁波輻射的材料——吸波材料，已成為功能材料領域的研究熱點。
當前，吸波材料廣泛應用在家用電器、通訊醫療設備的電磁輻射防護和軍事隱身領域。 “比如我們使用的筆記本電腦、手機等電子設備內部含有貼片型吸波材料，可有效吸收泄露的電磁輻射，消除電磁干擾。比如在飛機、導彈、艦艇等武器裝備表面涂覆吸波材料，可以吸收偵察電波、衰減反射信號，從而突破敵方雷達的防區，成為反雷達偵察的一種有力手段。” 疏瑞文向《中國科學報》介紹。
作為目前世界上密度最小的固體材料——氣凝膠，其具有獨特的三維多孔網絡結構、巨大的比表面積和超低的密度等特點，是一種潛在的輕質吸波材料。
還原氧化石墨烯是一種新型的二維碳納米材料和功能化石墨烯。但單一的電磁波損耗機制、較差的阻抗匹配，使得還原氧化石墨烯的電磁吸波能力難以滿足實際應用需求。
已有的研究表明，將二維還原氧化石墨烯納米片組裝成三維宏觀氣凝膠，進一步與磁性鐵氧體復合構筑石墨烯基磁性復合氣凝膠，不僅能夠大大降低體積密度，提高吸波劑和空氣之間的阻抗匹配度，還能實現多重電磁損耗機制的協同作用。
此次研究中，疏瑞文團隊以氧化石墨烯納米片為模板、乙二胺為還原劑和氮摻雜劑，采用溶劑熱-水熱自組裝兩步法，合成氮摻雜石墨烯/中空鈷鐵氧體復合氣凝膠。
研究發現，復合氣凝膠具有獨特的三維分級多孔網狀結構和極低的密度（12.1~14.5 mg/cm3，約為空氣密度的9~11倍）。通過改變鈷鐵氧體的形貌和添加量，可以有效調控復合氣凝膠的電磁參數與吸波性能。其中，當中空鈷鐵氧體的添加量為15mg、匹配厚度為1.8mm時，復合氣凝膠具有最優的吸波性能，可以同時滿足“薄厚度、強吸收、寬頻帶、低密度和填充比”的實際應用需求。
審稿人認為，作者采用簡便的方法制備了一種新型氮摻雜石墨烯/中空鈷鐵氧體復合氣凝膠，其具有獨特的結構、優異的微波吸收性能和輕質特征，對新一代輕質多功能電磁吸波材料研發具有重要的指導意義。
相關論文信息：?https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.05.050
