尺度工程旨在整合不同尺度层级的空间布局与排列模式，涵盖微观原子排列、介观形态及宏观结构。此举将激发强劲的物理效应，在增强材料电磁特性方面展现巨大潜力。本文，北京化工大学王维 教授团队在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“Multi-Scale Engineering for Enhancing Broadband Microwave Absorption, Electromagnetic Shielding and Infrared Stealth of Ag NWs/N-doped rGO Aerogels”的论文，研究通过定向冷冻干燥技术，将银纳米线与氮掺杂还原氧化石墨烯结合，制备出具有定向孔结构的复合气凝胶。
通过原子掺杂与周期性结构设计实现微观-宏观尺度协同调控，显著提升微波吸收性能。经氮掺杂量优化后，该复合气凝胶在仅4 wt.%填充率下展现卓越微波吸收特性：最小反射损耗(RLmin)达-56.32 dB，有效吸收带宽(EAB)达7.04 GHz，覆盖完整Ku波段。此外，周期性结构可在不同频段激发共振效应，使气凝胶的有效吸收带宽扩展至14.64 GHz，增幅高达207.9%。值得注意的是，该气凝胶不仅展现出卓越的电磁干扰屏蔽效率（-35.55 dB），更具备出色的主动-被动红外隐身能力。因此，这种多尺度协同设计策略有效提升了复合材料的电磁性能，为解决电磁污染和多光谱隐身问题提供了指导。
图1. a) Ag/N-rGO气凝胶的合成示意图。 b) Ag NWs的SEM图像。 c, d) Ag/N-rGO-1气凝胶的侧面表面和 e) 层内部的SEM图像。 f) Ag/N-rGO-1气凝胶的SEM和 g) EDS元素分布图。 h) Ag NWs的TEM图像。 i) Ag/N-rGO-1气凝胶的TEM和 j) HRTEM图像。
综上所述，为优化复合气凝胶从微观到宏观层面的微波吸收性能，本研究采用溶剂热法制备银纳米线，并通过定向冻干与热处理技术制备出具有介观取向孔结构的Ag/N-rGO复合气凝胶。在微观层面，氮掺杂可引入更多缺陷与无序结构以增强Ag/N-rGO的微波吸收性能，且在不破坏其取向结构的前提下，进一步提升了Ag/N-rGO的缺陷极化损耗。
结果表明，当填充率仅为4 wt.%时，Ag/N-rGO气凝胶就表现出优异的微波吸收性能，在2.02 mm处RLmin为-56.32 dB，在2.43 mm处EAB为7.04 GHz。其卓越的微波吸收性能主要归功于氮掺杂对复合材料缺陷程度的有效调控以及定向多孔结构的设计，实现了导电损耗与极化损耗之间的平衡。宏观层面，周期性结构设计可在不同频段激发共振效应，使Ag/N-rGO气凝胶的电磁波吸收带宽扩展至14.64 GHz，增幅达207.9%，其覆盖范围在2 GHz至18 GHz区间扩大91.5%。
此外，该Ag/N-rGO气凝胶还展现出强劲的电磁屏蔽性能，屏蔽效率高达35.55 dB，并具备优异的动/被动红外隐身能力。因此，本研究通过微-介-宏观尺度协同工程实现宽带微波吸收，为先进电磁防护与多频隐身材料的开发提供了有效路径。
原文：https://doi.org/10.1002/adfm.202521010
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