成果简介
具有轻量化和多功能集成应用的高效电磁波吸收材料具有广阔的发展应用前景。碳质材料因其密度低、导电性高、结构多样、成分可调等特点，是有前途的候选材料之一。本文，北京航空航天大学刘晓芳副教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Assembly of partially unzipped multiwalled carbon nanotubes into ultralight, highly efficient and multifunctional electromagnetic wave absorbing aerogel”的论文，研究通过组装和退火部分解压缩的碳纳米管制备了氮掺杂石墨烯纳米带/碳纳米管（N-GNR/CNT）杂化气凝胶。
剩余的碳纳米管作为骨架来维持GNR展开，而展开的GNR则作为“翅膀”来互连并形成3D网络。3D网络为快速电子传输提供了通道，同时GNR为N掺杂提供了丰富的边缘。得益于碳纳米管和GNRs的协同作用，该气凝胶表现出超轻、超薄、强电磁波吸收和高效焦耳热的特点。本研究提出了制备多功能电磁波吸收材料的新策略，拓宽了石墨烯纳米带的应用。
图文导读
方案1.N-GNR/CNT杂化气凝胶制备工艺示意图.
图1、样品的形貌和微观结构
图2.（a） 傅立叶变换红外光谱，（b） 拉曼光谱，（c） N1s XPS 光谱和 （d） 指示碳材料的 C1s XPS 光谱。
图3. (a) CNT, (b) GNR, (c) GNR/CNT, 和 (d) N-GNR/CNT的反射损耗等高线图。三维反射损耗图像和代表层厚度的RL的频率依赖性：（e）GNR/CNT，和（f）N-GNR/CNT。碳质吸收体的（g）|SRLt|和（h）|SRLft|的比较（假设每个样品的质量为100毫克）。G、GC和CF分别代表石墨烯、石墨胶囊和碳纤维。
图4。（a） GNR/CNT的DOS。（b） GNR/CNT网络中的感应电流、电子转移和跳跃、GNR/CNTs中入射波的多次散射的示意图。（c） N-GNR/CNT的DOS。（d） CNT/石蜡，（N-）GNR/CNT/石蜡的电导率（S-17.5，20，22.5 25，30，40表示用17.5，20，22.5 25，30、40浓度的KMnO4处理的样品 mg/ml）、（N-）GNR/石蜡。（e） N-GNR/CNT超晶格中电子密度的等值线图。
图5：（a）N-GNR/CNT气凝胶的电流-电压曲线。(b, c) 不同电压下N-GNR/CNT气凝胶的焦耳加热性能。(d) 在电压为4V的情况下，N-GNR/CNT气凝胶在反复加热-冷却循环中的温度。(e) 在恒定电压为4V的情况下，N-GNR/CNT气凝胶随时间变化的表面温度。
小结
我们在此表明，N掺杂的GNR/CNT气凝胶表现出优异的电磁波吸收性能。它的特定反射损耗值允许使用这种混合体来消除便携式电子设备、飞机和航天器领域的电磁干扰和辐射。此外，N-GNR/CNT气凝胶还显示出快速和稳定的焦耳加热性能。这项研究为多功能碳质气凝胶的设计提供了新的策略，并拓宽了石墨烯纳米带的应用。
文献:https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118220
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