石墨烯基气凝胶因轻质特性与独特的三维网络结构，在高效电磁波吸收领域受到广泛关注，但单一石墨烯气凝胶面临阻抗失配、磁损耗不足、有效吸收带宽窄等瓶颈，且在体积变形工况下的吸收稳定性难以保障，制约了其在复杂多变环境中的实际应用。构建磁介电协同的多组分异质结构并赋予气凝胶柔性抗压多功能特性，是突破超宽带与压缩耐受性双重瓶颈的关键路径。本文，中南大学姜超 教授、Zizhao Ding等在《Small Methods》期刊发表名为”Hollow MnFe₂O₄@C Graphene Absorbing Aerogels: Ultra-Broadband and Flexible Compression Resistance”的论文，研究通过两步水热法结合冷冻干燥工艺，将中空铁氧体@碳颗粒锚定于石墨烯片层上，构建了中空MnFe₂O₄@C/还原氧化石墨烯（RGO）/聚酰亚胺（PI）复合气凝胶，实现了超宽带、柔性抗压的多功能电磁波吸收。
该策略通过调控碳壳层厚度、管理气凝胶内部缺陷密度、增强极化损耗并丰富内部异质界面，系统优化了电磁性能。中空MnFe₂O₄@C结构兼具磁损耗（MnFe₂O₄铁氧体）与介电损耗（碳壳），中空腔体引入空气-固体界面促进阻抗匹配与多重反射；RGO三维网络提供导电骨架与电子传输通道；PI组分组分赋予气凝胶机械柔性与耐热性。所得气凝胶在未压缩状态下最大有效吸收带宽达7.70 GHz，最小反射损耗为−68.04 dB。在体积变形工况下，复合气凝胶仍保持优异吸收性能：30%压缩时最大有效吸收带宽7.50 GHz、最小反射损耗−79.49 dB，50%压缩时最大有效吸收带宽7.87 GHz、最小反射损耗−60.01 dB，通过多种损耗模式的协同增强有效补偿了气凝胶压缩带来的阻抗失配劣势。此外，该气凝胶兼具一定的抗压强度与柔性，并具有耐火与隔热性能，可适应更复杂苛刻的应用环境，为多功能吸波材料研究奠定了坚实基础。
图1、Preparation flowchart for CGP aerogel.
图7、Schematic diagram of CGP aerogel microwave absorption.
在本研究中，采用简便的热液压法和冷冻干燥法，制备了具有良好弹性的轻质中空铁氧体/氧化石墨烯/聚酰亚胺复合气凝胶（中空MnFe₂O₄@C/RGO/PI）。所制备的复合气凝胶密度极低，仅为12.33 mg/cm³。通过添加中空铁氧体@碳磁性颗粒、调整磁性颗粒含量以及改变碳壳厚度等技术手段，在相对较小的匹配厚度下，获得了显著的最小反射损耗和宽有效的吸收带宽。在2.80 mm的匹配厚度下，最小反射损耗（RL）为−68.04 dB，有效吸收带宽（EAB）高达7.92 GHz。该气凝胶在受压应力条件下发生体积变形时，仍能保持其有效吸收性能。与原始状态相比，在30%的压缩率下，RL达到−80.0 dB，最大EAB为7.50 GHz。在50%压缩率下，反射损耗（RL）为−63.01 dB，最大有效吸收带宽（EAB）为7.87 GHz，仍展现出卓越的吸收能力。这种稳健性可能归因于气凝胶庞大的导电网络和增大的极化损耗，其中更优的衰减能力抵消了阻抗匹配的劣化——否则这种劣化将降低吸收效率。除了卓越的吸收性能外，该气凝胶还具有非凡的耐火性和隔热性能。其宽频谱吸收性能、机械柔韧性、防火性和热屏蔽性能，极大地提升了其在严苛且复杂环境中的应用潜力。因此，本研究成果将推动国防安全、电子信息系统及相关领域的进步。
文献：https://doi.org/10.1002/smtd.70791
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