成果简介
"吹糖人 "是我国一种珍贵的传统民间艺术。它以糖为主要原料,能工巧匠们用手指挤压气囊,将气体吹入柔软的糖体,糖体在压力作用下膨胀,然后做出艺术造型,制作出一种形态各异、趣味无穷的糖果。在这个过程中,内部的孔洞结构就形成了。需要注意的是,融化的糖还会通过化学反应变成焦糖。受到吹糖艺术的启发,如果在焦糖化反应的同时能在内部产生大量气体,再结合适当的机械强度进行发泡,就形成了多孔材料。如果在预发泡阶段加入纳米颗粒,这些颗粒有望在发泡膨胀过程中均匀分散。
因此,受到吹糖艺术的启发,本文,山东理工大学Songsong Wu、哈尔滨工业大学Guangwu Wen、黄小萧等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Divalent metal-ions blowing strategy achieved 3D luffa aerogels heterostructure for lightweight broadband microwave absorber”的论文,研究设计并开发了 MCB 策略,用于三维丝瓜状气凝胶异质结构。在此基础上,本文设计开发了 MCB 策略,以实现三维丝瓜气凝胶异质结构,并实现了具有介电、磁性和多孔界面的丝瓜泡沫分层构型。与传统的糖发泡工艺不同,作者选择了二价金属离子来促进葡萄糖聚合,使凝胶具有一定的发泡强度,并选择硝酸盐来提供发泡力,以塑造丝瓜气泡的分层构型。
这种分层三维轻质气凝胶有利于构建有效的阻抗匹配网络(2.4 wt%),并表现出优化的极化弛豫。因此,在厚度为 3 毫米的情况下,Luffa 气凝胶的 EAB 可拓宽至 8.0 GHz,同时覆盖 50% 的 X 波段(8-12 GHz)和整个 Ku 波段(12-18 GHz)。此外,MCB 策略还适用于多种二价金属离子(Co2+、Ni2+、Mn2+、Zn2+ 等)。这种 MCB 方案将为开发超轻、超强的 EWA 材料提供新的途径。同时,这种通用、简单、高效、可控的 MCB 策略为设计和生产具有分层构型的复合材料提供了一种实用的方法。
图文导读
图1.3D丝瓜气凝胶界面极化及合成路线示意图
图2.(a,b)PZC-1,(c,f)PZC-2,(e,f)PZC-3的SEM图像。(g) 透射电镜图像。(h,i)PZC-3 的高分辨率 TEM 图像。
图3.N2(a) PZC-1、(b) PZC-2、(c) PZC-3的吸附-脱附等温线
图4.(a) PZCs复合材料的XRD照片。(b) PZCs复合材料的拉曼光谱。PZC-1、PZC-2、PZC-3的XPS谱图:(c)全光谱,(d)Zn 2p和(e)C1s。(f) PZC的TG曲线
图5 、显示了 2–18 GHz 频率范围内不同匹配厚度下的 RL 值
图6.PC和其他复合材料的EWA特性
图7.CST 模拟结果
图8.PZC吸波机理示意图
小结
在这项工作中,基于新开发的吹糖技术,通过金属离子辅助焦糖吹制(MCB)策略,成功开发出了三维丝瓜气凝胶异质结构。这种分层三维轻质气凝胶有助于构建有效的阻抗匹配网络(2.4 wt%),并表现出优化的极化弛豫。因此,Luffa 气凝胶的有效吸收带宽(EAB)覆盖了整个 X 波段和整个 Ku 波段,并在 C 波段实现了 -49.00 dB 的 RLmin。分层配置和异质界面的有效性得到了证实,从而打破了阻抗匹配不良和介质损耗增加的困境。这种三维 Luffa 气凝胶将为超轻 EWA 材料的研发提供一个新的视角。更重要的是,MCB 策略可适用于多种二价金属离子(Co2+、Ni2+、Mn2+、Zn2+ 等)。这种多功能、简单、高效、可控的 MCB 策略为设计和生产具有层次构型的复合材料提供了一种实用的方法。
文献:
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.118787
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