华南理工大学郭建华教授团队 CEJ：一种可在极端环境下使用的多功能微波吸收石墨烯复合气凝胶

2023-11-07 来源：高分子科技

在航空航天领域，极端的高低温环境会使得多种材料发生变形、开裂、老化和分解。此外，不同频段的微波辐射也会对航天器中的各种电子元器件产生不利影响。因此，开发具有耐极端高低温性以及优异微波吸收性能的多功能复合材料非常重要。

近期，华南理工大学郭建华教授和蒋兴华研究员团队采用硅烷偶联剂改性氧化锆纤维，然后与氧化石墨烯溶液混合，并通过双向冷冻干燥法和热退火工艺，成功制备了具有层状结构的改性氧化锆纤维/还原氧化石墨烯复合气凝胶（ZFGA）。ZFGA具有极低的密度（7.8 mg·cm^-3），可漂浮在人眼睫毛上（图1）。XRD、FT-IR和Raman光谱等分析表明，氧化石墨烯和氧化锆纤维之间产生了化学交联；双向冷冻干燥过程形成了具有层状孔结构的ZFGA（图2）。循环压缩测试表明ZFGA具有优异的力学性能。当循环压缩应变最高达到90％时，经过1000次循环压缩后，其最大压缩应力保持不变，且应变传感特性保持稳定（图3）。此外，ZFGA具有极低的热导率（0.027 W·m^-1K^-1）和优异的微波吸波性能，当样品厚度为2.1 mm时，复合气凝胶的最小反射损耗（RL_min）达到-72.2 dB，最大有效吸收带宽（EAB_max）达到8.4 GHz，雷达散射截面降低了22.94 dBsm。在酒精灯下燃烧（~800 ℃）和浸泡液氮（~-196 ℃）的高低温环境下，ZFGA仍具有极好的压缩回弹、抗疲劳、隔热、微波吸收性能以及较小的雷达散射截面（图4和图5）。由此可见，复合气凝胶在极端高低温环境下仍然保留了优异的力学、隔热和微波吸收性能，有望为极端环境下应用的多功能复合材料的设计开发提供新思路。该工作以“Modified zirconia fiber/reduced graphene oxide composite aerogels with exceptional mechanical and microwave absorption properties for harsh-environment applications”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上。论文第一作者是华南理工大学材料科学与工程学院博士研究生余池，通讯作者是华南理工大学郭建华教授。该研究得到包括国家自然科学基金、广东省自然科学基金、中山市重大科技项目等资助。

图1 ZFGA的制备过程示意图（a）以及超低密度（b）和可压缩回弹性（c）

图2 ZFGA的化学结构和微观结构表征

图3 ZFGA的循环压缩性能和应变传感性能

图4 ZFGA在酒精灯下燃烧和浸泡液氮下的循环压缩性能

图5 ZFGA在高低温环境下的导热系数、微波吸收性能和雷达散射截面以及微波吸收机制

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723025810

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（责任编辑：xu）

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