陕西科大：以树木为原料制备碳气凝胶复合材料，EMW吸收性能超强

成果简介

具有磁介质协同效应的多组分复合材料具有令人满意的电磁波吸收性能。然而，如何有效构建这些多组分材料的结构以充分发挥各组分的优势仍是一个挑战。本文，陕西科技大学 黄剑锋教授团队在《Small》期刊发表名为“Promoting Electromagnetic Wave Absorption Performance by Integrating MoS2@Gd2O3/MXene Multiple Hetero-Interfaces in Wood-Derived Carbon Aerogels”的论文，研究受天然生物质的启发，本研究以木材为原料，通过一锅水热法和碳化处理工艺，成功制备了高性能的 MoS2@Gd2O3/Mxene负载多孔碳气凝胶（MGMCA）复合材料。

通过精细的结构设计，MGMCA 具有丰富的异质界面结构、良好的阻抗匹配特性和磁介质协同体系，从而展现出多种电磁波损耗机制。得益于这些优势，所获得的 MGMCA 具有出色的电磁波吸收性能，在厚度仅为 1.9 毫米的超薄材料中，最小反射损耗为 -57.5 dB。这项研究为多组分复合材料的设计提出了一种可靠的策略，为生物质材料作为电磁波吸收体的设计提供了宝贵的启示。

图文导读

图1、MGMCA吸波材料制造过程示意图。

图2、MMWA样品的SEM图像（a，b）径向c）横截面，GMWA样品的d，e）径向f）横截面和MGMWA样品的g，h）径向i）横截面的SEM图像。

图3、a) MGMWA 和 b) MGMCA 的数码照片。c-e) MGMCA 的扫描电镜图像和 f) 相应的元素图谱。

图4、a) MGMCA、GMCA、MMCA、MXene-CA 和 CA 样品的 XRD 图样和 b) 拉曼光谱。MGMCA 样品中 d) Gd 4d、e) Mo 3d 和 f) N 1s 的 XPS 高分辨率光谱。

图5、a、b）介电常数的实部和虚部；c、d）磁导率的实部和虚部；e）MGMCA 样品阻抗的实部和虚部；f）MGMCA、GMCA和MMCA 样品的衰减常数。

图6、a) GMCA、b) MMCA 和 c) MGMCA 的三维 RL 值与频率和厚度的关系曲线。d) GMCA、e) MMCA、f) MGMCA 的二维 RL 值与频率关系曲线。g、h) 最佳厚度下所有样品的 RL 值和 EAB 值与频率的关系。i) MGMCA 与其他吸收体的 RL 值和厚度比较。

图7、MGMCA 电磁波吸收机制示意图。

小结

总之，我们建立了一种以天然木材为框架自上而下制备木质气凝胶的方法，并通过自组装和一锅水热法构建了源自木材的蜂窝状多孔 MoS2@Gd2O3/Mxene-CA复合材料。研究结果表明，MGMCA 在 1.9 毫米超薄厚度时具有 -57.5 分贝的最小 RL 值和4.35千兆赫的 EAB 值。优异的电磁波吸收性能得益于合理的结构设计和化学成分调整所建立的多界面磁介质协同系统。天然蜂窝状多孔结构优化了电磁波的传播路径；碳衬底和 MXene 赋予了材料优异的介电性能；Gd2O3 增强了材料的磁损耗；MoS2 不仅保证了材料的阻抗匹配，还提供了多界面极化和偶极极化，这些结论也通过结构分析和电磁参数数据得到了验证。因此，这项工作为天然木材衍生电磁兼容材料提供了一种设计思路，也为开发高性能、可持续的多功能生物质材料开辟了一条新途径。

文献：

https://doi.org/10.1002/smll.202306915