气凝胶|复合气凝胶：电磁波捕捉能手( 二 )
“二维RGO组装形成的三维气凝胶会对电磁波产生怎样的吸收效果呢？”这一想法闪现在疏瑞文的脑海中 。
众所周知 ， 多孔结构不仅可以大大降低堆积密度 ， 而且可以显著提高电磁波吸收剂和空气之间的阻抗匹配程度 。因此 ， “RGO气凝胶或基于RGO的复合气凝胶有望成为轻质电磁波吸收剂 。”疏瑞文告诉《中国科学报》 。
经过水热法和冷冻干燥处理 ， 研究团队制备出超轻氮掺杂还原氧化石墨烯/多壁碳纳米管（NRGO/MWCNTs）复合气凝胶 。该气凝胶具有超低的本体密度 ， 且内部存在层次孔道结构 ， 优化了阻抗匹配 ， 使得电磁波容易进入材料内部 ， 并在内部孔隙组成的网络结构中进行能量衰减 。
疏瑞文表示 ， 以往为了尽量减小材料厚度 ， 更希望研发低维材料 ， 比如二维材料 。此次研究团队反其道而行 ， 开发出厚度较薄的三维材料 ， 且制备环节更简单 。“经过逐步优化改进 ， 该气凝胶的厚度有望进一步降低 ， 或将比二维材料更轻薄 。”疏瑞文说 。
应用需解决量产难题
是什么原因让NRGO/MWCNTs复合气凝胶拥有吸波“超能力”？万宗理介绍 ， 二维片状RGO通过自组装形成三维多孔网络结构 ， 且褶皱表面均匀附着大量一维中空管状MWCNTs以产生大量的异质界面；大量的氮原子通过水热过程掺杂到RGO晶格中 ， 增强了偶极极化损耗 。
此外 ， 多壁碳纳米管的复合、长度和填料含量对复合气凝胶吸波性能也有显著影响 。研究发现 ， 添加长多壁碳纳米管的复合气凝胶表现出最优的电磁波综合吸收能力 ， 在较薄的厚度和低填料含量下具有强吸收和宽频带特性 。
“构造良好的三维导电网络结构、良好的阻抗匹配、增强的极化弛豫和电导损耗可能是复合气凝胶具有优越电磁波吸收能力的主要原因 。”疏瑞文说 ， 该研究有助于设计和制备作为轻质高效电磁波吸波材料的石墨烯基三维结构复合材料 。
谈及应用场景 ， 他表示 ， NRGO/MWCNTs复合气凝胶可用于电磁辐射污染防护、电磁屏蔽、雷达隐身、吸附、隔热保温、催化剂载体和储能器件等领域 。
材料研发是一个循序渐进的过程 ， 该材料距离应用还有一段路要走 ， 亟须解决产量放大问题 。目前 ， 实验室生产气凝胶仅限于克级 ， 此外 ， 团队接下来还将在提升材料综合性能方面攻关 。
疏瑞文举例 ， 研究团队将在NRGO/MWCNTs复合气凝胶中引入一些高分子材料、纤维材料或改进冷冻工艺等 ， 提高复合气凝胶的力学性能 ， 为其在柔性石墨烯基电子器件领域的应用奠定基础 。同时 ， 还将在多功能上下功夫 ， 在超疏水、隔热防火、储能方面进行拓展 。
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