南京工业大学：轻质柔性的一维MOF碳纤维膜，作为吸波材料应用

成果简介

为解决日趋严重的电磁干扰和电磁辐射对于人类生产生活的影响，电磁波吸收材料应运而生。具备结构与功能多样性、比表面积大和高孔隙率的金属有机框架（MOFs）材料可以作为吸波材料的前驱体。本文，南京工业大学王丽熙教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Bead-like flexible ZIF-67-derived Co@Carbon composite nanofibre mat for wideband microwave absorption in C-band”的论文，研究通过共纺丝技术制备出轻质柔性的一维MOFs碳纤维膜。

与传统零维粉体材料相比其具有更加完善的导电网络，使得可以在7.5wt%超低负载量下达到低频宽带吸波；其中丰富的孔道结构和大的比表面积不仅可以降低材料的密度，实现轻质化的目标，而且还可以使电磁波在吸波材料内部发生多重散射和反射；这表明它在作为吸波材料应用方面具有巨大的应用潜力。

图文导读

图1、Co@CNFs的制备流程图及样品展示

图2、CNFs和Co@CNFs的形态表征和粒径分析

图3、CNFs、Co@C和Co@CNFs的电磁参数

图4、CNFs、Co@C和Co@CNFs在7.5 wt %负载下 RL 随频率变化的计算结果

图5、CNFs和Co@CNFs的热导率实验分析

图6、Co@CNFs的微波吸收机制示意图

小结

综上所述，本研究重点研究共静电纺丝合成ZIF-67的珠状Co@碳复合纳米纤维（Co@CNFs）。负载为7.5 wt%、厚度为6.63 mm时，优化后的Co@CNFs在低频C波段显示最大EAB（3.84 GHz）。当样品厚度减小到2.90 mm时，其EAB值为6.42 GHz。这些复合纳米纤维垫显示出特殊的灵活性，即使在经历500次180°弯曲周期后仍能保持其结构的完整性。纳米纤维的导热率为0.051 Wm-1K-1，比纤维基体的导热率低39.2%，扩大了应用前景。此外，我们还开发了一个基于四分之一波长（λ/4）抵消理论的优化的宽带吸收匹配公式，其中包含了一个渗透率分量。该公式为设计与低频吸收兼容的轻质和宽带微波衰减纤维材料提供了有价值的指导。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118573