北航AFM封面：兼具自清洁、隔热与电磁波吸收的多功能气凝胶

【引言】

随着现代科技和电子工业的快速发展，电磁技术被广泛应用到日常生活中，在给人们带来便捷生活的同时，电磁辐射对环境的影响也日益加剧。因此，可将电磁能转化为其它形式能的吸波材料受到关注。当下吸波材料的研究仍主要集中于吸波性能的提升，但功能单一导致其难以满足多场景应用的需求，使吸波材料在实际应用中受限。集高效电磁波吸收与多功能化于一身的新型吸波材料将成为该领域重要研究发展方向。

【成果简介】

有鉴于此，北京航空航天大学刘晓芳副教授、于荣海教授（共同通讯作者）等制备出了集自清洁、隔热、电磁波吸收于一身的有机-无机杂化气凝胶，在Adv. Funct. Mater.上发表了题为“Multifunctional Organic–Inorganic Hybrid Aerogel for Self‐Cleaning, Heat‐Insulating, and Highly Efficient Microwave Absorbing Material. Advanced Functional Materials”的研究论文，并被选为当期封面文章。该多级孔蜂窝结构的气凝胶主要由碳纳米管（CNT）缠绕于聚丙烯腈（PAN）纤维骨架上；聚苯并噁嗪（PBZ）膜则通过单体原位聚合、低温退火覆盖于PAN、CNT表面，既充当粘结剂以强化气凝胶整体结构又有效降低了材料的表面能；同时，磁性Fe₃O₄纳米粒子均匀负载于PAN、CNT上。

通过气凝胶蜂窝结构和Fe₃O₄粒子负载引起的多级粗糙度以及低表面能PBZ覆盖的共同作用，气凝胶表现出水接触角大于130^o的良好疏水性，使自清洁功能实现。得益于气凝胶的高孔隙率，有效降低了热导率；同时随机分布的气孔显著减少了辐射传热，使气凝胶获得了可与商用材料相媲美的隔热性能。而疏水性避免了因环境中水份侵入引起隔热性能下降，使材料可应用于苛刻的环境中。当电磁波入射，经CNT导电网络引起的电导损耗，多相异质界面产生的界面极化损耗以及Fe₃O₄磁性粒子形成的磁损耗共同作用，电磁波被衰减。此外，多孔结构增加了电磁波的多重散射路径，进一步增强对电磁波的衰减能力。因此，气凝胶具备强吸收（反射损耗–59.85 dB）、轻质量、薄厚度（1.5 mm）的优异综合性能，与同类吸波材料相比，实现了比反射损耗值（反射损耗/（厚度*填料量））的突破。

图1. 气凝胶的制备流程及形貌表征

图2. 气凝胶的多功能表征

(a) 轻质及疏水性，(b)隔热效果与其它商用隔热材料的对比，(c) 吸波性能及电磁波衰减机制。

【小结】

本文从吸波材料的多场景应用问题出发。通过设计材料结构、调控成分，制备出了集高效吸波、自清洁、隔热于一身的气凝胶材料。其设计理念及制备方法为新型先进吸波材料的发展提供了新的启发和思路。

文献链接：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学刘晓芳副教授、于荣海教授课题组供稿，材料人编辑部Alisa编辑。

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