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改进气(进气改装冬菇头能过年检吗)

改进气(进气改装冬菇头能过年检吗)  第1张花朵上超轻氮掺杂还原氧化石墨烯/多壁碳纳米管复合气凝胶。安徽理工大学供图

■记者不夜

随着电磁设备的广泛应用和5G通信技术的快速发展,电磁干扰和电磁辐射污染问题日益突出。电磁辐射不仅影响电子设备的正常工作和使用寿命,还会对人体健康造成危害。因此,开发新型高性能吸波材料已成为材料科学和电子科学技术领域的研究热点。

近日,安徽理工大学教授舒研发出基于还原氧化石墨烯(RGO)的三维超轻复合气凝胶材料,表现出优异的吸波性能、低密度和薄厚度,为轻质高性能吸波材料的研发提供了新思路。相关研究成果发表在《复合材料科学与技术》上。

寻找完美的吸收材料

由于频率、波长、能量不同,电磁波对人体的危害也不同。一般来说,12 eV以上的能量会对身体造成严重伤害。因此,人类迫切需要开发性能优异的电磁波吸收体来消除其危害。

研究人员发现,电磁波在传播过程中遇到障碍物时,会被障碍物反射和吸收,能量会衰减。根据这一现象,早在第二次世界大战期间,美国和德国就开始了吸波材料的研究。多年来,人类对吸波材料的研究热情不减,各种吸波材料层出不穷。然而,面对复杂的应用场景,吸波材料仍然供不应求。

吸波材料很神奇。它们可以将电磁能转化为热能或其他形式的能量,并有效吸收入射的电磁波。它通常由基体材料和吸波介质组成,吸波容量、厚度、吸波带宽和密度是评价吸波材料性能的重要指标。

在世界范围内,吸波材料的研究主要集中在复合材料、手性材料和新材料上。其中,复合材料是最容易设计和实现的吸波材料之一,它综合了各种功能材料的优良性能。近年来,具有两种或两种以上功能特性的复合材料的研究成为热点。

据舒介绍,各种材料的复合也存在一些缺点,如制备步骤复杂,产量低成本高,材料密度高,应用场景有限。

RGO是一种二维碳材料,具有低密度、大比表面积、高长径比和载流子迁移率,在电磁波吸收领域有着广泛的应用。美中不足的是单一的微波衰减机制和较差的阻抗匹配使得RGO的电磁波吸收能力难以满足实际应用要求。

“人类在自然界中还没有找到天然的、完美的吸波材料,对表现出吸波潜力的材料进行改造是一个渐进而漫长的过程。”舒说:

反其道而行之准备三维素材。

为了改造RGO,舒瑞文团队从2015年就开始了相关研究。团队成员、安徽理工大学研究生万介绍,复合吸波材料的制备一般将低密度电损耗材料与强吸收磁损耗吸波材料相结合,通过调整电磁参数使其趋于阻抗匹配特性,从而达到低密度、强吸收、宽频带的效果。

虽然理论如此,但操作起来并不容易。一个偶然的机会,舒注意到气凝胶这种目前世界上密度最低的固体材料具有独特的三维开放网络和高比表面积,这意味着“气凝胶在吸附、隔热、催化剂载体、储能器件等领域具有巨大的潜在应用价值”。

“二维RGO组装形成的三维气凝胶对电磁波会有什么样的吸收效果?”这个想法在舒瑞文脑海里一闪而过。

众所周知,多孔结构不仅可以大大降低体积密度,还可以显著提高电磁波吸收体与空气体的阻抗匹配度。因此,“RGO气凝胶或基于RGO的复合气凝胶有望成为一种轻质电磁波吸收剂。”舒告诉《中国科学杂志》。

经过水热法和冷冻干燥处理,研究团队制备了超轻氮掺杂还原氧化石墨烯/多壁碳纳米管(NRGO/MWCNTs)复合气凝胶。气凝胶具有超低的堆积密度,内部存在分级的孔隙结构,优化了阻抗匹配,使得电磁波可以很容易的进入材料内部,在内部孔隙组成的网络结构中进行能量衰减。

舒文瑞说,过去,为了使材料的厚度最小化,更希望开发低维材料,例如二维材料。这一次,研究团队反其道而行之,开发出了一种轻薄的三维材料,制备过程更加简单。“经过逐步优化和改进,这种气凝胶的厚度有望进一步降低,或将比二维材料更薄。”舒说:

应用需要解决量产问题。

是什么让NRGO/MWCNTs复合气凝胶拥有吸波的“超能力”?据李宗介绍,二维片状RGO通过自组装形成三维多孔网络结构,大量一维介质空管状MWCNTs均匀附着在褶皱表面,产生大量异质界面;大量的氮原子通过水热法掺杂到RGO晶格中,增强了偶极极化损耗。

此外,多壁碳纳米管的组成、长度和填料含量对复合气凝胶的吸波性能也有显著影响。研究发现,含长多壁碳纳米管的复合气凝胶表现出最佳的电磁波综合吸收能力,在较薄的厚度和较低的填料含量下具有较强的吸收和宽带特性。

“良好的三维导电网络结构、良好的阻抗匹配、增强的极化弛豫和电导损耗可能是复合气凝胶优越的电磁波吸收能力的主要原因。”舒文瑞说,这项研究有助于设计和制备石墨烯基三维结构复合材料作为轻质高效的电磁波吸收材料。

谈及应用场景,他表示NRGO/MWCNTs复合气凝胶可用于电磁辐射污染防护、电磁屏蔽、雷达隐身、吸附、隔热、催化剂载体、储能器件等领域。

材料的研发是一个循序渐进的过程,距离这种材料的应用还有很长的路要走,迫切需要解决输出放大的问题。目前,实验室中气凝胶的产量仅限于克级。此外,该团队将在提高材料的综合性能方面进行攻关。

例如,研究团队将在NRGO/MWCNTs复合气凝胶中引入一些聚合物材料、纤维材料或改进冷冻工艺,以提高复合气凝胶的力学性能,为其在柔性石墨烯基电子器件领域的应用奠定基础。同时在多功能上下功夫,在超疏水、隔热、防火、储能等方面拓展。

资料来源:中国科学杂志

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