石墨烯氣凝膠作為一種新型的碳基復合材料，具有導電性高、結構可調、耐腐蝕性好等特點，在吸波領域表現出巨大的潛力。通過制備工藝設計有效調控石墨烯氣凝膠復合材料的微觀結構，精確控制其介電性能，對提高其吸波性能具有重要意義。本研究以石墨烯和短纖維纖維素為原料，采用基于溶解-再生策略的冷凍干燥法，成功制備了兩種具有三維多孔結構的石墨烯/纖維素氣凝膠復合材料。對比分析了它們微觀結構、介電性能和相應的電磁波吸收性能的差異，結果表明，在纖維素基體中引入石墨烯納米片的石墨烯/纖維素氣凝膠復合材料具有優異的吸波性能。添加 32wt% 石墨烯的石墨烯/纖維素氣凝膠復合材料在相對較大的厚度范圍（3.9–4.7mm）內實現了整個 X 波段（8–12.4GHz）的有效電磁波吸收（反射損耗小于 −10 dB）。所提出的氣凝膠的密度不超過 0.02g/cm3，顯示出作為優異的輕質微波吸收材料的巨大潛力。總結了多尺度電磁波吸收機理，為設計具有寬帶完美吸收的超輕質吸收材料提供重要參考。
圖1. 兩種GNS/纖維素氣凝膠的制備過程：（a）IGNS/纖維素氣凝膠；（b）M-GNS/纖維素氣凝膠。
圖 2. 所制備氣凝膠的形貌：（a）純纖維素氣凝膠；（b~c）IGNS/纖維素氣凝膠；（d~f）M-GNS/纖維素氣凝膠。
圖3. 具有不同GNS含量的I-GNS/CA和M-GNS/CA復合材料的復介電常數：(a)I-GNS/CA復合材料的實部；(b)I-GNS/CA復合材料的虛部；(c)M-GNS/CA復合材料的實部；(d)M-GNS/CA復合材料的虛部；(e~f)I-GNS/CA和M-GNS/CA復合材料的比較。
圖 4. GNS/CA 復合材料在 8-12.4 GHz 頻率范圍內的厚度相關 RL。(a) 10%-I-GNS/CA；(b) 16%-I-GNS/CA；(c) 23%-I-GNS/CA；(d) 22%M-GNS/CA；(e) 32%-M-GNS/CA；(f) 38%-M-GNS/CA；(g) 在 X 波段有效吸收的 MGNS/CA 復合材料的厚度范圍 (RL<-10 dB)；(h) 不同厚度的 32%-M-GNS/CA 復合材料的頻率相關 RL 曲線。(i) I-GNS/CA 和 M-GNS/CA 復合材料的 RL 曲線比較。
圖 5. 所提出的 GNS/CA 復合材料的電磁波吸收機制示意圖。
相關科研成果由西北工業大學Xiaomeng Fan，西安郵電大學Qian Zhou，西安科技大學Lifei Du等人于2024年發表在Journal of Colloid and Interface Science（https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.10.057）上。原文：Facilitative preparation of graphene/cellulose aerogels with tunable microwave absorption properties for ultra-lightweight applications
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.10.057
轉自《石墨烯研究》公眾號
