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哈工大/北航《Carbon》:柔性SiO2/石墨烯气凝胶,用于广角宽带微波吸收
出处:材料分析与应用  录入日期:2023-11-03  点击数:1592

  1成果简介

 

 

  石墨烯气凝胶由于具有超低密度和较强的介电损耗能力,一直是一种很有前途的微波吸收材料。然而,其固有的脆性和由于阻抗失配而导致的吸收性能差,严重阻碍了实际的工程应用。本文,哈尔滨工业大学Yuanjing Cheng、北京航空航天大学Yibin Li等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Flexible SiO2/rGO aerogel for wide-angle broadband microwave absorption”的论文,研究将具有优异阻抗匹配性能的柔性二氧化硅纤维引入石墨烯蜂窝结构中,通过环保、低成本的技术共建双结构气凝胶(GS)。
  独特的双重结构显着增强了其弹性,使其能够在 1000 次 75% 压缩循环后反弹。此外,它可以承受 450 次 180° 折叠和 360° 旋转而不会损坏,具有非凡的灵活性和可靠性。此外,仿真和实验结果表明,GS具有优异的吸波性能。当厚度为6 mm时,有效吸收带宽为32.55 GHz;当厚度增加到 10 mm 时,在 2.79–40 GHz 范围内,反射损耗小于 −8 dB。此外,当倾斜入射角范围为5°至45°时,反射损耗几乎保持不变,这进一步证明了阻抗匹配在增强微波吸收性能方面的关键作用。这些卓越的特性使GS成为许多微波吸收应用的理想选择,如柔性电子和航空航天。
2图文导读 

 

 

 

  图1.GS制备过程示意图

 

 

 


  图2.(a) rGO、G5S1、G3S1和G1S1的XRD图谱。(b)拉曼光谱,(c)xps的全光谱,(d)C1s的细光谱,(e)碳氧原子的比值和(f)GO、UN-G1S1和G1S1官能团的比值。(g) GS的密度。G1S1的循环压缩曲线(h)和压缩过程照片(i)。

 

 

 

  图3.每个样品的光学照片和微观结构图

 

 

  图4.气凝胶的柔韧性表征。

 

 

 


  图5.所有样品的吸收带宽和最小反射损耗值汇总。

 

 

 

  图6.计算的G1S1-6(a)和G3S1-10(b)的电导率损耗和偏振损耗。GS样品的Z值(c)和衰减常数值(d)。G1S1-6 (e) 和 G3S1-10 (f) 的 Cole-Cole 图。RL峰和厚度由G1S1-6(g)和G3S1-10(h)的四分之一波长理论计算得出。

 

 

  图7.GS-6在低频(7.35 GHz的G1S1-6、6.65 GHz的G3S1-6和5.8 GHz的G5S1-6)(a)和高频(36.7 GHz的G1S1-6、37.45 GHz的G3S1-6和37.15 GHz的G5S1-6)(b)的电场分布。低频(c)和高频(d)对应的功率损耗图。
  3小结
  综上所述,我们展示了采用环保和低成本工艺制造的不同比例的氧化石墨烯和二氧化硅纤维的多功能超轻GS。二氧化硅纤维形成的网状结构和石墨烯制成的蜂窝状结构可以共同构建独特的双重结构,使GS表现出优异的力学性能。此外,实验结果表明,GS样品具有宽带MA能力和角度不敏感性,仿真计算验证了这一点。6 mm 厚 G3S1 气凝胶的 EAB 值 (4.39 mg/cm3)和10mm厚的G3S1气凝胶(3.66mg/cm3)分别为32.55 GHz和36.44 GHz。它应该归因于阻抗匹配和介电损耗的协同作用。因此,GS具有彻底改变电磁隐身技术领域的潜力,其卓越的性能使其成为航空航天和柔性电子领域各种应用的有前途的候选者。
  文献:

 

 

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