一种具有吸波/隔热多功能的纳米纤维气凝胶

来源 | Composites Part A 

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背景介绍

随着航空技术的进步，高超音速飞行器在军事应用中不断发展。飞机的部件在超高速飞行过程中会受到高温的影响。同时，隐形技术对于避免被敌方雷达探测至关重要。因此，开发具有电磁波衰减和隔热能力的多功能材料对科学家和工程师具有重要意义。气凝胶是一种多孔材料，由具有空气-气相的微孔固体组成。独特的互连网络结构具有密度低、比表面积大等显著特点，在电磁波衰减和隔热方面发挥着关键作用。李及其同事制备了一种具有相当大的电磁波衰减和隔热性能的有机-无机气凝胶型材料。梁等人通过将MXene和石墨烯相结合，制备了一种混合气凝胶，达到了令人印象深刻的效果。尽管这些气凝胶表现出非凡的性能，但它们往往高温下的坍塌阻碍了它们的实际应用。

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成果掠影

近期，东华大学张礼颖团队针对如何制备较小体积收缩率的多孔PI气凝胶取得最新进展。采用超声冷冻干燥实现了PINF气凝胶多级孔结构的调控。多级微孔结构由从PINF网中去除冰晶引起的相互连接的初级孔和PNIF网格中的次级孔组合形成。纳米纤维气凝胶独特的多孔3D网络提供了良好的阻抗匹配特性，并增强了电磁波的多次反射和散射。同时，MXene上的极性官能团和缺陷诱导偶极子极化，PINF和MXene 之间的异质界面增强了界面极化。因此，MXene/PINF气凝胶表现出高效的微波吸收性能，显示出-37.9 dB的最小反射损耗 和3.3 GHz的有效吸收带宽 (EAB)。此外，MXene/PINF气凝胶还表现出较低的导热率和优异的压缩性能，使其适合在特种服役环境中使用。研究成果以“A strategy to fabricate hierarchical microporous architecture of polyimide nanofibrous aerogels with efficient electromagnetic wave absorption and thermal insulation ”为题发表在《Composites Part A 》。

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图文导读

图1. MXene/PINF气凝胶的制备过程示意图。

图2. (a, a') MXene/PINF-L、(b, b') MXene/PINF-M和(c, c') MXene/PINF-S的SEM图像；(d) 多级微孔结构的示意图。

图3. (a–c) 3D图，(a′–c′) 2D等高线RL图，以及(a″–c″) MXene/PINF-L、MXene/PINF-M和MXene/PINF-S不同厚度下的RL频率曲线。

图4. MXene/PINF气凝胶的电磁波吸收机理图。

图5. (a) MXene/PINF气凝胶在环境温度下的导热系数； (b) MXene/PINF气凝胶的红外图像；(c) 用酒精火焰加热的非洲百子莲照片；（d）不同气凝胶（ANF：芳纶纳米纤维；NF：纳米纤维；CS：壳聚糖；MT：蒙脱石；CNT：碳纳米管；CNF：纤维素纳米纤维）的隔热性能比较。

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