第一作者：李亞
通訊作者：劉曉芳、于榮海
通訊單位：北京航空航天大學
研究亮點：
1.制備出具有優異吸波性能的氣凝膠，與同類復合吸波材料相比，實現了比反射損耗值的突破。
2.該氣凝膠同時具備自清潔、隔熱、電磁波吸收功能，為新型先進吸波材料的研究設計提供了思路。
吸波材料研究現狀及問題
隨著科技發展，電磁技術得以廣泛應用，這也導致電磁輻射對環境的影響日益加劇。吸波材料因可將電磁能轉換為熱能，有效解決電磁輻射這一問題而受到關注。未來，吸波材料將會被應用到多個領域、更為復雜的環境中。但目前吸波材料的研究仍集中于吸波性能的改進，忽略了多場景應用的問題。因此，集高效電磁波吸收和多功能化于一身的新型先進吸波材料將成為未來的重要研究發展方向。
本研究成果簡介
有鑒于此，北京航空航天大學劉曉芳、于榮海團隊制備了具有多級孔蜂窩狀結構的氣凝膠。該氣凝膠集自清潔、隔熱以及高效吸波于一身。
圖1. 氣凝膠的制備流程及形貌表征。
要點1：雜化氣凝膠的制備及清潔、隔熱性質
碳納米管（CNT）纏繞在聚丙烯腈（PAN）骨架上，構造了三維導電網絡；Fe3O4納米粒子均勻負載與PAN、CNT上；苯并噁嗪單體（BAF-a）原位聚合在PAN、CNT表面，經低溫退火處理后形成聚苯并噁嗪（PBZ）膜，在充當粘結劑以強化氣凝膠整體結構的同時有效降低了材料的表面能。
在氣凝膠蜂窩結構導致的微米級粗糙度和Fe3O4粒子負載引起的納米級粗糙度降低水-固接觸面積的同時，低表面能的PBZ膜覆蓋于PAN、CNT表面，使材料展現出如下圖2所示的良好疏水性（水接觸角>130o），自清潔功能得以實現。
圖2. 氣凝膠的輕質及疏水性表征。
由于大量的空氣填充到氣凝膠中，熱導率高的固相比例較少；同時隨機分布的氣孔顯著減少了輻射傳熱，導致氣凝膠具備可與商用材料相媲美的隔熱性能，為實現紅外隱身功能提供了可能（如圖3所示）。此外，氣凝膠的疏水性有效避免了因環境中的水份侵入造成的隔熱性能降低，使材料可應用于苛刻的環境中。
圖3. 氣凝膠與其他商用隔熱材料的隔熱性對比。
要點2：雜化氣凝膠的吸波性能
如圖4所示，該氣凝膠具備強吸收（反射損耗–59.85 dB）、薄厚度（1.5 mm）、輕質量的優異綜合性能，當電磁波入射時，通過Fe3O4磁性粒子形成的磁損耗和CNT導電網絡的電導損耗、多相異質界面產生的界面極化損耗的共同作用，電磁波有效衰減。此外，氣凝膠的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。與目前已報道的CNT-磁性粒子復合吸波材料對比，該氣凝膠實現了比反射損耗值（反射損耗/（厚度*填料量））的突破。
圖4. 吸波性能及電磁波衰減機制。
小結
該多功能氣凝膠的設計和制備為新型先進吸波材料的發展提供了新的啟發和思路。
參考文獻：
LiY, Liu X, Yu R, et al. Multifunctional Organic–Inorganic Hybrid Aerogel forSelf-Cleaning,Heat-Insulating,and Highly Efficient Microwave Absorbing Material. Advanced Functional Materials,2018.
DOI:10.1002/adfm.201807624
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201807624
