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西南交通大学孟凡彬:集微波吸收、吸声和隔热性能于一体的芳纶纳米纤维增强RGO气凝胶的制备

学术动态    2022-06-30 15:10

DOI: 10.1016/j.jmst.2022.05.014

 

尽管轻质三维(3D)石墨烯气凝胶因其高孔隙率、比表面积和3D导电网络而非常适合用于微波吸收(MA),但构建多功能应用框架以快速适应复杂的实际环境,并使其有效应用于各种复杂情况仍然是一个巨大的挑战。在此,研究者通过原位凝胶反应、冷冻干燥和热退火工艺构建了多功能芳纶纳米纤维(ANFs)增强还原氧化石墨烯气凝胶(RGO@ANF)。向RGO气凝胶中引入ANFs可以防止石墨烯片的过度堆叠,增强细胞壁的连通性,从而获得优异的抗压、MA、吸声和隔热性能。在70%应变下,RGO@ANF气凝胶的最大压缩应力达到78.8kPa,在20%应变下的100个压缩循环期间显示出可逆压缩性和可靠的抗疲劳性能。此外,RGO@ANF气凝胶的最小反射损耗(RLmin)为-56.5dB,最大有效吸收带宽(EAB)为7.0GHz,厚度为2.8mm,基本覆盖了X和Ku波段。此外,混合气凝胶表现出优异的吸声性能,在2-6kHz时平均吸声系数>0.56,以及良好的隔热性能,低导热率约为49.18mW/m/K。总之,这种多功能集成石墨烯气凝胶在MA、吸声和隔热等领域具有广阔的应用前景。

 

图1.(a)RGO@ANF-0、(b)RGO@ANF-10、(c)RGO@ANF-20、(d)RGO@ANF-30、(e)RGO@ANF-40和(f)RGO@ANF-50的SEM照片。(g,h)RGO@ANF-40的TEM图像。(i)所有RGO@ANFs的FTIR光谱、(j)XRD图谱和(k)拉曼光谱。

 

图2.(a)RGO@ANF-0、(b)RGO@ANF-10、(c)RGO@ANF-20、(d)RGO@ANF-30、(e)RGO@ANF-40和(f)RGO@ANF-50的压缩应力(σ)-应变(ε)曲线。(g)30%、50%和70%应变下的最大应力,(h)RGO@ANF-40的循环压缩应力-应变曲线。

 

图3.(a)ε′值、(b)ε″值和(c)tanδε的频率依赖性。

 

图4.不同厚度下的3D RL值:(a)RGO@ANF-0,(b)RGO@ANF-10,(c)RGO@ANF-20,(d)RGO@ANF-30,(e)RGO@ANF-40,和(f)RGO@ANF-50。

 

图5.|Δ|的二维映射:(a)RGO@ANF-0,(b)RGO@ANF-10,(c)RGO@ANF-20,(d)RGO@ANF-30,(e)RGO@ANF-40,和(f)RGO@ANF-50。

 

图6.RGO@ANF气凝胶的MA机理图。

 

图7.(a)吸声系数、(b)降噪系数和(c)吸声机理图。

 

图8.当加热台温度为(a,b)150℃和(c,d)250℃时所有气凝胶的热红外图像,R0到R50分别代表RGO@ANF-0到RGO@ANF-50。(e)所有气凝胶和加热台的温度-时间曲线。(f)RGO@ANF-0和RGO@ANF-40的热导率。(g)气凝胶隔热机理图。