四川大学《Carbon》：超轻、坚固单向纤维素纳米纤维/碳纳米管气凝胶，用于高效的微波吸收

1成果简介 

具有轻质宽有效吸收带、优异机械性能和能够大规模制备的微波吸收材料（MAMs）是处理微波污染的理想材料，但在一种材料上同时实现这些性能仍然是一个挑战。本文，四川大学王延青课题组在《Carbon》期刊发表名为“Ambient-drying to construct unidirectional cellulose nanofibers/ carbon nanotubes aerogel with ultra-lightweight, robust, and superior microwave absorption performance”的论文，研究报道了一种由纤维素纳米纤维（CNF）和碳纳米管（CNT）制备高性能微波吸收气凝胶的常温干燥和非化学交联方式。通过单向循环冻融交联CNF和CNT可以构建具有优异力学性能的各向异性气凝胶孔壁。在此过程中，利用CNF和CNT的单分散，构建了一种可持续的仿生双网络互穿策略，从而能够创建疏水/亲水纳米纤维的混合双网络。

令人印象深刻的是，发现双网络诱导的各向异性气凝胶结构和致密孔壁可以协同产生良好的力学性能。具体来说，可以制备具有可调超低密度（0.0262–0.0296 g cm）、高机械性能（在75%的应变下样品的应力达到329.8kPa）和低收缩率（约10%）的气凝胶。此外，气凝胶具有大规模的生产前景（气凝胶直径可达9.24cm）。复合气凝胶表现出显着的RLmin在 13.012 GHz 时为 ∼60.22 dB，在7.46 mm的薄厚度下具有2.163至18 GHz（15.84 GHz）的宽有效吸收带宽（EAB），几乎覆盖了所有S、C、X和Ku波段。本工作为制备轻质高效的微波吸收体提供了一种策略，并说明了良好的阻抗匹配和中等的介电损耗能力。

2图文导读  

图1.（a） 单向CNF/CNT气凝胶（UCCA）复合气凝胶的合成过程示意图。（b） 放在叶子上的轻质UCCA复合气凝胶。横截面（c）和表面（d）中孔壁的SEM图像。

图2.（a） UCCA复合气凝胶的数码照片。（b） UCCA-25大型气凝胶的数码照片。（c） UCCA-25支撑重量6917倍的图像。UCCA-12.5、UCCA-25和UCCA-37.5的SEM图像（从左到右）、轴向（d-f）和径向（g-i）对应的SEM图像。

图3.UCCA-0 （a）、UCCA-12.5 （b）、UCCA-25 （c）、UCCA-37.5 （d） 和 UCCA-50 （e） 的孔径分布。不同碳纳米管含量下UCCA的密度和收缩率（f）。不同碳纳米管含量下UCCA的电导率（g）。UCCH-25在不同冻融循环下的流变行为（h）。不同冻融循环制备的UCCA-25复合材料的密度和收缩率（i）

图4.（a）UCCA-12.5、（b）UCCA-25、（c）UCCA-37.5复合气凝胶在轴向方向和（g）UCCA-12.5、（h）UCCA-25、（i）UCCA-37.5复合气凝胶在径向方向的反射损耗的频率依赖性。匹配厚度对（d）UCCA-12.5、（e）UCCA-25、（f）UCCA-37.5复合气凝胶轴向匹配频率和（j）UCCA-12.5、（k）UCCA-25、（l）径向UCCA-37.5复合气凝胶匹配频率的依赖性。限制在黑线中的区域对应于RL<-10 dB。

图5.UCCA-12.5/25/37.5在轴向（a-c）和径向（d-f）的阻抗匹配性能。复介电常数的实部与UCCA-12.5/25/37.5在轴向（g-i）和径向（j-l）的复介电常数曲线的虚部。

图6.各向异性结构UCCA复合气凝胶的微波吸收机理.

3小结 

综上所述，在冷冻铸造的基础上，我们开发了一种常温干燥和非化学交联工艺制备具有各向异性结构的CNF/CNT气凝胶材料，克服了传统干燥工艺的局限性和极端条件。本工作为制备具有轻质、稳健和优越微波吸收性能的各向异性气凝胶提供了一种节能和大规模的生产策略。

文献:

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118150

▼往期精彩回顾▼闽江学院等《AMT》封面：超可拉伸Ecoflex/多孔碳基摩擦纳米发电机，用于自供电手势识别
华中大《CEJ》：高效制备聚偏氟乙烯/石墨烯复合致动器，具有强大的超疏水性和优异的光热性能，可实现可控的光驱动运动
华东理工大学：石墨烯/PANI@ENR复合材料组装的应变传感器，用于人体运动监测

---

来源：文章来自carbon网站，由材料分析与应用整理编辑。

长按，识别图中二维码，点击关注

版权与免责声明：

① 凡本网注明"材料分析与应用"的所有作品，版权均属于材料分析与应用，未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品，应在授权范围内使用，并注明"来源：材料分析与应用"。违者本网将追究相关法律责任。

② 本网凡注明"来源：xxx（非本网）"的作品，均转载自其它媒体，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责，且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用，必须保留本网注明的"稿件来源"，并自负版权等法律责任。

③ 如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起三日内与本网联系，否则视为放弃相关权利。