先进电子设备与航空航天系统对多功能轻质材料提出了迫切需求，亟需同时具备高效电磁波吸收与热管理能力的复合气凝胶。然而，单一石墨烯气凝胶面临阻抗失配、低频吸收弱、热导率与隔热难以兼顾等瓶颈，而纤维素纳米晶（CNC）虽可调控介电性能、提供丰富极化位点与低热导，但其与石墨烯的协同构效关系与微结构工程化调控仍不明确。本文，北京科技大学冯黛丽 教授、冯妍卉 教授等在《Carbon》期刊发表名为”Hierarchical cellulose nanocrystals/graphene aerogels with engineered microstructures for high-efficiency electromagnetic absorption and thermal management”的论文，研究通过工程化微结构设计构建分级纤维素纳米晶/石墨烯（CNC/GA）复合气凝胶，实现了电磁波高效吸收与热管理的协同集成。
研究结果表明，通过超临界干燥工艺构建的骨架具有更均匀的微纳米孔结构和更高的结构稳定性。适度掺入纤维素纳米晶可优化石墨烯片层的排列，显著提升材料的隔热性能和机械强度。应用测试表明，该复合气凝胶展现出卓越的多功能性能： 隔热（在130°C热源作用下，背面温度升高仅为49.2°C）、电磁波吸收（反射损耗为−64.5 dB，最大有效吸收带宽为5.18 GHz）以及电热转换（在6.0 V驱动电压下可达113.7°C）。该工作通过微结构工程实现介电损耗、阻抗匹配与热输运的协同调控，为多功能碳基气凝胶的理性设计提供了新范式。
图1. (a) Preparation process of graphene oxide, cellulose nanocrystals/graphene aerogel; (b) Cellulose nanocrystalline/graphene aerogels prepared by freeze-drying and supercritical drying methods; (c) Magnified view of the aerogel surface (taking CGA1.0 as an example).
综上所述，本研究通过工程化微结构设计构建了分级纤维素纳米晶/石墨烯复合气凝胶，以一维CNC作为间隔剂与极化中心，结合分级各向异性多孔结构，实现了电磁波高效吸收与热管理的协同集成。CNC的引入优化了阻抗匹配、丰富了界面极化位点，同时赋予气凝胶低热导率与良好隔热性能。该工作通过微结构工程实现介电损耗、阻抗匹配与热输运的协同调控，为多功能碳基气凝胶在先进电子设备热管理与电磁防护领域的应用提供了新范式。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.121776
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