随着电磁波探测环境日益复杂，亟需开发兼具强衰减、宽带宽、轻质及热管理性能的微波吸收材料。本文，宁波财经学院Yanli Nan等研究人员在《RSC Adv》期刊发表名为“Sandwich-structured rGO/CoxNiyOz/N-doped carbon nanosphere aerogels for thermal insulation and broadband electromagnetic shielding ”的论文，研究报道了一种夹层结构的分级还原氧化石墨烯（rGO）气凝胶，其表面通过水热自组装法在N掺杂的蜂窝状介孔碳纳米球（MCN）上修饰了磁性Co–Ni氧化物纳米颗粒。这种夹层结构气凝胶以rGO兼作交联剂和损耗组分，MCN/CoxNiyOz作为功能性夹层。
结构协同整合了多种损耗机制：氮掺杂碳提供了用于偶极极化的极性基团；金属钴和镍贡献了强烈的磁共振损耗，而伴生的氧化物相（如CoO和CoNiO₂）则提供了丰富的阳离子/氧空位和异质界面，从而增强了介电极化；微-介-宏观多孔结构在实现多尺度散射的同时，还防止了rGO的重新堆叠。所得气凝胶在10 wt%负载量下，实现了−45.51 dB的出色最小反射损耗（RLmin）和6.32 GHz的有效吸收带宽（EAB，≤−10 dB）。此外，在2.6–3.8 mm的厚度范围内，所有样品的RLmin均低于−20 dB。该气凝胶还表现出优异的隔热性能（在90 °C热板上表面温度为16.5 °C），展现出微波吸收与红外隐身双重功能。本研究表明，将夹层结构的分级工程设计与成分及界面设计相结合，是制备轻质多功能微波吸收体的可行策略。
图1、The preparation process of the rGO-CoxNiyOz-MCN-aerogel.
图2、Schematic illustration of the microwave absorption mechanism for the rGO-CoxNiyOz-MCN-aerogel.
总而言之，通过水热自组装成功制备了一种基于轻质还原氧化石墨烯的复合气凝胶，其表面修饰有多金属钴-镍氧化物修饰的氮掺杂介孔碳纳米球（rGO-CoxNiyOz -MCN-气凝胶)成功制备，该气凝胶通过水热自组装法制备，呈现出“三明治”结构：其中rGO片层既作为交联外层，又作为损耗组分，而MCN/CoxNiyOz复合材料则作为功能性中间层。成分与结构工程的协同整合赋予该气凝胶多种损耗机制：极性基团提供偶极极化，磁性相贡献共振损耗，异质界面促进界面极化，而分级多孔结构则促进多尺度波散射并优化阻抗匹配。得益于这种夹心结构的多层设计，优化后的气凝胶在3.2 mm波长下实现了−45.51 dB的卓越最小反射损耗，并在10 wt%的超低填料负载下达到了6.32 GHz的有效吸收带宽。值得注意的是，该气凝胶还表现出卓越的隔热性能（在90 °C热板上温度差达16.5 °C），展现出微波吸收与红外隐身双重功能。本研究通过结合夹层结构的分级架构工程与多金属成分设计，为设计高性能、多功能微波吸收体提供了一种可行的策略。
文献：https://doi.org/10.1039/d6ra06346b
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