石墨烯具有高载流子迁移率和结构可调性，但利用单组分石墨烯实现有效的电磁波（EMW）吸收仍面临挑战，这是由于填充物负载、阻抗匹配与衰减强度之间存在固有权衡。石墨烯的结构工程已被证明是解决这一挑战的有效策略。本文，哈尔滨工业大学Yuefeng Yan、黄小萧 教授团队在《Small》期刊发表名为“Synergistic Optimization of Pore and Conductive Network of Short-Cut Graphene Porous Fibers for Lightweight Broadband Electromagnetic Wave Absorption”的论文，研究通过湿法纺丝和冻干工艺制备了一系列短切石墨烯多孔纤维（SCGPF），并通过调节SCGPF的孔径实现对电磁参数的精确控制。多孔结构促进了石墨烯片层间连续3D导电网络的形成，有效延长了电磁波传输路径并改善了阻抗匹配。
优化孔径可增强孔边界的极化响应，SCGPF-30在2 wt%填充量下实现最小反射损耗（RLmin）为−62.31 dB。大规模3D网络的形成进一步增强了低填充量下的导电损耗，SCGPF-30-3在仅1 wt%填充量下达到最大有效吸收带宽（EABmax）7.61 GHz（10.39–18 GHz）。这些结果表明，通过协同优化石墨烯的孔径和导电网络，可在极低填充量下显著提升电磁波吸收性能，为开发高性能石墨烯基电磁防护材料提供了有前景的策略。
图1、a) Schematic illustration for the preparation process of SCGPFs. b) X-ray diffraction (XRD) patterns of SCGPF-x. c) Raman spectra of SCGPF-x. d) Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) patterns of SCGPF-x and GOLC. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra of SCGPF-30 of e) survey scan, f) C 1s, g) O 1s.
综上所述，本研究通过结合湿法纺丝和冻干技术，制备了一系列SCGPFs。通过调节其孔径，精确调控了SCGPFs的电磁参数。孔结构的引入不仅促进了RGO片层之间连续3D导电网络的构建，显著延长了电磁波（EMW）在材料中的传输和耗散路径，还有效解决了传统单组分石墨烯中存在的阻抗不匹配问题。这在低填充量下实现了衰减能力和阻抗匹配的协同优化，赋予材料轻量化、宽带和高效率的电磁波吸收（EMWA）性能。SCGPF-30在2 wt%时于8.82 GHz（2.98 mm）处实现RLmin为−62.31 dB，并在2.12 mm厚度下于7.10 GHz（10.35–17.45 GHz）处达到EABmax。优异的电磁波吸收性能归因于石墨烯多孔结构赋予的增强介电损耗机制，包括多次反射与散射、界面极化、偶极极化、导电损耗及优化阻抗匹配。此外，CST模拟证实SCGPF-30展现出卓越的雷达隐身性能，在0°入射角下雷达截面积（RCS）值低至−27.64 dBm²。进一步通过构建更大规模的3D导电网络，延长了电子传输路径，填充量为1 wt%的SCGPF-30-3在13.75 GHz频率下厚度为2.36 mm时，RLmin值达到−55.95 dB，且在2.92 mm厚度下EABmax频率为7.61 GHz（10.39–18 GHz）。这种在较低填料含量下复合材料内在导电性和电磁能量耗散效率的提升，为轻质、宽带电磁功能材料的结构设计提供了新思路。
文献：https://doi.org/10.1002/smll.202505866
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