轻质多功能微波吸收体在复杂服役条件下缓解电磁污染备受期待。然而，理想吸波材料需同时满足强吸收、宽频带、低密度与良好阻抗匹配，且在车辆、飞机等实际场景中还需兼顾伴随的声学噪声。因此，开发集成微波吸收、吸声与多功能防护的一体化材料具有重要意义。本文，中南大学 姜超教授团队在《Carbon》期刊发表名为”Directional Freeze-Dried MOF-Derived CoO/ZnO@C/RGO/PI Aerogels for Broadband Microwave Absorption and Multifunctional Protection”的论文，研究提出了一种定向冷冻策略。该各向异性 CoO/ZnO@C/还原氧化石墨烯/聚酰亚胺复合气凝胶（CZR）通过定向冷冻、冷冻干燥与后续热处理构建，实现了宽带微波吸收与多功能防护。
此外，对齐多孔通道调节电磁波传播并促进其多次反射与散射；MOF 衍生的 CoO/ZnO@C 域引入丰富缺陷、异质界面与极化中心，CoO 域缓和了过度的介电响应，改善了电磁衰减与阻抗匹配之间的平衡。经测试，优化 CZR 气凝胶在匹配厚度 3.7 mm 下最小反射损耗达 −85.7 dB，在厚度 3.6 mm 时最大有效吸收带宽达 8.2 GHz（覆盖 X 与 Ku 波段）；14 mm 厚样品在 2875 Hz 吸声系数达 0.971、在 2000–6000 Hz 区间保持大于 0.56。同时，该气凝胶还兼具良好的隔热行为与轻量化承载能力，使其适用于复杂服役环境的多功能防护。本研究提出了一种定向冷冻构建各向异性石墨烯基气凝胶的策略，该策略显著增强了材料的宽带微波吸收与吸声协同表现，并为集成微波吸收、吸声与多功能防护的轻质材料提供了新的思路。
Figure 1. Preparation flowchart for CZR aerogel.
Figure 6. Wave absorption mechanism diagram.
Figure 8. (a-e) thermal insulation performance of the CZR composite aerogel, (f) CZR aerogel supported by a flower stamen, (g) digital photos comparing the CZR composite aerogel before and after burning on a flame for 60 s, (h-k) Load-bearing photographs of a 0.1403 g CZR aerogel supporting 50, 100 and 200 g weights.
本研究采用了定向冷冻结合冷冻干燥与热处理的策略，基于 Co-ZIF-8 衍生的 CoO/ZnO@C 域与 RGO/PI 各向异性框架。最终，制备出兼具宽带微波吸收、吸声与多功能防护的 CZR 复合气凝胶。研究结果表明，优化气凝胶在 3.7 mm 匹配厚度下 RLmin 达 −85.7 dB、3.6 mm 时 EAB 达 8.2 GHz（覆盖 X 与 Ku 波段）；14 mm 厚样品在 2875 Hz 吸声系数 0.971、在 2000–6000 Hz 区间保持大于 0.56。同时，CST 仿真表明其具有显著的雷达散射抑制能力，且该气凝胶兼具良好隔热与轻量化承载。该气凝胶表现出良好的电磁–声学协同吸收与多功能防护能力。因此，本研究有望为复杂服役环境下轻质多功能防护材料的设计提供新的见解。此外，各向异性多孔结构调控思路，拓展了石墨烯基气凝胶在吸波–吸声一体化中的应用边界。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.122142
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