石墨烯氧化物（GO）过高的导电性常常导致其阻抗匹配性能不佳，这给电磁波（EMW）吸收领域带来了极大的限制。一种极具成效的策略是将GO与导电性较低的其他物质结合，以确保材料同时具备优异的EMW衰减能力和阻抗匹配性能。本文，电子科技大学 薛卫东 教授、赵睿 副教授在《J. Mater. Chem. C》期刊发表名为“Fabrication of single-crystal porous hedgehog-sphere structured TiO2–rGO aerogel as a strong broadband electromagnetic wave absorber”的论文，研究通过简便的水热策略，制备了具有单晶介孔刺猬球结构的二氧化钛（TiO₂）微球，并将其锚定在GO纳米片上。通过调节TiO₂与GO的质量比，可调控复合材料的电磁参数，从而精确控制其EMW吸收性能。因此，制备的TiO₂–rGO 1:1样品展现出卓越的EMW吸收能力，有效吸收带宽（EAB）达8.08 GHz，且具有强烈的反射损耗（RLmin）为−44.7 dB。卓越的电磁波吸收性能归因于TiO₂与GO的协同作用，包括丰富的导电损耗和极化损耗。此外，对制备的复合材料的导电损耗和极化损耗进行了定量分析，为未来研究提供了明确的指导。本研究不仅为电磁波吸收体的结构设计提供了指导和启示，还揭示了材料中导电损耗与极化损耗之间的关系。
图1、Schematic diagram for the preparation of the TiO2–rGO aerogel.
在本研究中，通过简便的水热法和冻干法，制备了单晶多孔刺猬球结构的TiO₂微球，并将其锚定在GO纳米片上。此外，制备了一系列TiO₂–rGO气凝胶，并通过调整TiO₂与GO的质量比，确定了TiO₂与GO的最佳比例。更重要的是，通过对材料的导电损耗和极化损耗进行定量分析，揭示了TiO₂添加量与导电损耗及极化损耗之间的关系。此外，XPS和DFT计算结果表明，从GO转移到TiO₂的电子降低了复合材料的导电性，从而调节了材料的电磁参数，使其同时具备优异的电磁波吸收和阻抗匹配性能。因此，TiO₂–rGO 1:1样品展现出最突出的电磁波吸收性能，具有强烈的反射损耗（RL）为−44.7 dB和宽广的有效吸收带宽（EAB）为8.08 GHz，其卓越的电磁波吸收性能归因于TiO₂微球独特的孔隙状刺猬 -球结构，该结构导致电磁波的多重反射和散射，以及多种衰减机制，如导电损耗、偶极极化损耗和界面极化损耗。此外，通过CST和RCS模拟，复合材料在实际远红外波段展现出高效的电磁波衰减性能。本研究不仅为电磁波吸收材料的独特结构设计提供了指导和启示，还揭示了添加剂含量与材料导电损耗及极化损耗之间的关系。
文献：https://doi.org/10.1039/D5TC02483H
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