北航AFM封面：兼具自清潔、隔熱與電磁波吸收的多功能氣凝膠

【引言】

隨著現代科技和電子工業的快速發展，電磁技術被廣泛應用到日常生活中，在給人們帶來便捷生活的同時，電磁輻射對環境的影響也日益加劇。因此，可將電磁能轉化為其它形式能的吸波材料受到關注。當下吸波材料的研究仍主要集中于吸波性能的提升，但功能單一導致其難以滿足多場景應用的需求，使吸波材料在實際應用中受限。集高效電磁波吸收與多功能化于一身的新型吸波材料將成為該領域重要研究發展方向。

【成果簡介】

有鑒于此，北京航空航天大學劉曉芳副教授、于榮海教授（共同通訊作者）等制備出了集自清潔、隔熱、電磁波吸收于一身的有機-無機雜化氣凝膠，在Adv. Funct. Mater.上發表了題為“Multifunctional Organic–Inorganic Hybrid Aerogel for Self‐Cleaning, Heat‐Insulating, and Highly Efficient Microwave Absorbing Material. Advanced Functional Materials”的研究論文，并被選為當期封面文章。該多級孔蜂窩結構的氣凝膠主要由碳納米管（CNT）纏繞于聚丙烯腈（PAN）纖維骨架上；聚苯并噁嗪（PBZ）膜則通過單體原位聚合、低溫退火覆蓋于PAN、CNT表面，既充當粘結劑以強化氣凝膠整體結構又有效降低了材料的表面能；同時，磁性Fe₃O₄納米粒子均勻負載于PAN、CNT上。

通過氣凝膠蜂窩結構和Fe₃O₄粒子負載引起的多級粗糙度以及低表面能PBZ覆蓋的共同作用，氣凝膠表現出水接觸角大于130^o的良好疏水性，使自清潔功能實現。得益于氣凝膠的高孔隙率，有效降低了熱導率；同時隨機分布的氣孔顯著減少了輻射傳熱，使氣凝膠獲得了可與商用材料相媲美的隔熱性能。而疏水性避免了因環境中水份侵入引起隔熱性能下降，使材料可應用于苛刻的環境中。當電磁波入射，經CNT導電網絡引起的電導損耗，多相異質界面產生的界面極化損耗以及Fe₃O₄磁性粒子形成的磁損耗共同作用，電磁波被衰減。此外，多孔結構增加了電磁波的多重散射路徑，進一步增強對電磁波的衰減能力。因此，氣凝膠具備強吸收（反射損耗–59.85 dB）、輕質量、薄厚度（1.5 mm）的優異綜合性能，與同類吸波材料相比，實現了比反射損耗值（反射損耗/（厚度*填料量））的突破。

圖1.?氣凝膠的制備流程及形貌表征

圖2. 氣凝膠的多功能表征

(a) 輕質及疏水性，(b)隔熱效果與其它商用隔熱材料的對比，(c)?吸波性能及電磁波衰減機制。

【小結】

本文從吸波材料的多場景應用問題出發。通過設計材料結構、調控成分，制備出了集高效吸波、自清潔、隔熱于一身的氣凝膠材料。其設計理念及制備方法為新型先進吸波材料的發展提供了新的啟發和思路。

文獻鏈接：Multifunctional Organic–Inorganic Hybrid Aerogel for Self‐Cleaning, Heat‐Insulating, and Highly Efficient Microwave Absorbing Material. Advanced Functional Materials, 2018, 29, 1807624.

DOI：10.1002/adfm.201807624

本文由北京航空航天大學劉曉芳副教授、于榮海教授課題組供稿，材料人編輯部Alisa編輯。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaorenVIP.