石墨烯气凝胶作为一种新型的碳基复合材料，具有导电性高、结构可调、耐腐蚀性好等特点，在吸波领域表现出巨大的潜力。通过制备工艺设计有效调控石墨烯气凝胶复合材料的微观结构，精确控制其介电性能，对提高其吸波性能具有重要意义。本研究以石墨烯和短纤维纤维素为原料，采用基于溶解-再生策略的冷冻干燥法，成功制备了两种具有三维多孔结构的石墨烯/纤维素气凝胶复合材料。对比分析了它们微观结构、介电性能和相应的电磁波吸收性能的差异，结果表明，在纤维素基体中引入石墨烯纳米片的石墨烯/纤维素气凝胶复合材料具有优异的吸波性能。添加 32wt% 石墨烯的石墨烯/纤维素气凝胶复合材料在相对较大的厚度范围（3.9–4.7mm）内实现了整个 X 波段（8–12.4GHz）的有效电磁波吸收（反射损耗小于 −10 dB）。所提出的气凝胶的密度不超过 0.02g/cm3，显示出作为优异的轻质微波吸收材料的巨大潜力。总结了多尺度电磁波吸收机理，为设计具有宽带完美吸收的超轻质吸收材料提供重要参考。
 

图1. 两种GNS/纤维素气凝胶的制备过程：（a）IGNS/纤维素气凝胶；（b）M-GNS/纤维素气凝胶。
 


图 2. 所制备气凝胶的形貌：（a）纯纤维素气凝胶；（b~c）IGNS/纤维素气凝胶；（d~f）M-GNS/纤维素气凝胶。
 
 
图3. 具有不同GNS含量的I-GNS/CA和M-GNS/CA复合材料的复介电常数：(a)I-GNS/CA复合材料的实部；(b)I-GNS/CA复合材料的虚部；(c)M-GNS/CA复合材料的实部；(d)M-GNS/CA复合材料的虚部；(e~f)I-GNS/CA和M-GNS/CA复合材料的比较。
 


图 4. GNS/CA 复合材料在 8-12.4 GHz 频率范围内的厚度相关 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 复合材料的厚度范围 (RL<-10 dB)；(h) 不同厚度的 32%-M-GNS/CA 复合材料的频率相关 RL 曲线。(i) I-GNS/CA 和 M-GNS/CA 复合材料的 RL 曲线比较。
 
 
图 5. 所提出的 GNS/CA 复合材料的电磁波吸收机制示意图。
 
      相关科研成果由西北工业大学Xiaomeng Fan，西安邮电大学Qian Zhou，西安科技大学Lifei Du等人于2024年发表在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
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.10.057

转自《石墨烯研究》公众号