吸波材料通過(guò)將電磁能轉(zhuǎn)換為熱能，可有效解決電磁輻射和污染問(wèn)題。當(dāng)前吸波材料的研究集中于微波吸收性能的改進(jìn)。然而，隨著社會(huì)發(fā)展，吸波材料將被應(yīng)用到更加復(fù)雜的環(huán)境中，集高效電磁波吸收和多種功能化于一身的新型吸波材料將成為未來(lái)的研究發(fā)展方向。
近期，北京航空航天大學(xué)材料學(xué)院劉曉芳副教授、于榮海教授團(tuán)隊(duì)制備出集自清潔、隔熱、電磁波吸收于一身的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化氣凝膠。該氣凝膠具有多級(jí)孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，碳納米管（CNT）纏繞在聚丙烯腈（PAN）纖維骨架上，形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；Fe3O4納米粒子均勻負(fù)載于PAN、CNT上，而苯并噁嗪?jiǎn)误w（BAF-a）則原位聚合在PAN、CNT表面形成聚苯并噁嗪（PBZ）膜，不僅降低了材料的表面能，還充當(dāng)粘結(jié)劑以強(qiáng)化氣凝膠整體結(jié)構(gòu)。
圖1. 氣凝膠的制備流程及形貌表征
氣凝膠蜂窩結(jié)構(gòu)的微米級(jí)粗糙度和Fe3O4粒子造成的納米級(jí)粗糙度可有效減少水-固接觸面積，再加上低表面能PBZ膜的覆蓋，使得材料展現(xiàn)出良好的疏水性（水接觸角>130°），能夠?qū)崿F(xiàn)自清潔作用。由于氣凝膠中填充大量空氣而固相比例較少，因此熱傳導(dǎo)率低，而氣孔的隨機(jī)分布又顯著減少了輻射傳熱，由此導(dǎo)致氣凝膠具備可與商用材料相媲美的隔熱性能，并能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的紅外隱身功能。同時(shí)，氣凝膠的疏水性避免了環(huán)境中水份侵入導(dǎo)致的隔熱性能下降，使材料能夠應(yīng)用于苛刻的環(huán)境中。與同類(lèi)吸波材料（CNT-磁性粒子復(fù)合材料）相比，該氣凝膠實(shí)現(xiàn)了比反射損耗值（反射損耗/（厚度*填料量））的突破，具備強(qiáng)吸收（反射損耗–59.85 dB）、輕質(zhì)量、薄厚度（1.5mm）的優(yōu)異綜合性能。理論分析表明，電磁波在氣凝膠中的衰減來(lái)自CNT導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中的電導(dǎo)損耗、多相異質(zhì)界面產(chǎn)生的界面極化損耗，以及Fe3O4磁性粒子形成的磁損耗的共同作用。而氣凝膠的多孔結(jié)構(gòu)則大大增加了電磁波的多重散射路徑，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)電磁波的衰減能力。該多功能有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化氣凝膠的設(shè)計(jì)理念和制備方法可為新型先進(jìn)吸波材料的發(fā)展提供新的啟發(fā)和思路。
圖2. 氣凝膠的多功能性表征：(a) 輕質(zhì)及疏水性，(b) 與其它商用隔熱材料的隔熱性對(duì)比，(c) 吸波性能及電磁波衰減機(jī)制。
以上研究成果發(fā)表于Advanced Functional Materials（2018, 1807624；DOI: 10.1002/adfm.201807624）。論文的第一作者為北京航空航天大學(xué)材料學(xué)院博士生李亞，通訊作者為劉曉芳副教授，共同通訊作者為于榮海教授。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201807624
