信息来源：Journal of Materials Chemistry C
第一作者:Yan Guo
通讯作者:刘春太、刘虎
通讯单位：郑州大学 材料成型过程与模具教育部重点实验室
文章链接：
https:///10.1039/D1TC04494J
近年来，低成本生物质基碳气凝胶已成为一种很有前途的高效电磁波吸收材料，但其阻抗匹配不良和其单损耗机制的问题导致吸收电磁波性能较差。本研究水热处理Fe2+/Co2+吸附纤维素水凝胶，冷冻干燥后得到气凝胶，将均匀分散的CoFe2O4颗粒(CoFe2O4@CA)与纤维素气凝胶煅烧，制备得到磁性FeCo合金纳米颗粒修饰的纤维素基碳气凝胶(FeCo@CCA)。水热合成法可以有效保证磁性FeCo合金纳米颗粒煅烧产物的均匀分散，有利于阻抗匹配，增加磁损耗，提高介电损耗。气凝胶的多孔结构也会形成多次反射/散射，使入射EMW衰减更多。结果表明，通过改变金属离子浓度，可以有效调节制备的FeCo@CCA的EMW吸收性能，金属离子浓度为100 mmol L-1的产物(FeCo@CCA100)具有最强的EWM吸收能力，在9.84 GHz、厚度为4.05 mm时反射损耗最小(RLmin)为-49.5 dB，有效吸收带宽最大(EABmax ,RL<-10 dB)的频率为10.88 GHz (6.96-17.84 GHz)，覆盖了整个Ku和X波段以及几乎一半的C波段。本研究为开发高效的纤维素基碳气凝胶EMW吸收剂提供了指导。
碳基材料以其高导电性、重量轻、物化稳定性好、密度低、介电性能可调等特点被广泛应用于EMW吸收材料中。由于碳和空气之间的阻抗匹配不良，其过高的导电性往往会导致入射EMW的不良反射。为解决这一问题，碳基气凝胶具有三维结构特殊、孔隙率高、密度低、重量轻、比表面积大等优点，在EMW吸收材料的制备中越来越受到重视，高体积分数的空气也可以有效地优化阻抗匹配。纤维素气凝胶内部丰富的空气/碳骨架界面也可以通过强介电弛豫和界面极化增强EMW的衰减。更重要的是，这种特殊的三维(3D)结构可以通过相邻细胞壁之间的多次反射/散射，产生更多的内部传输通道，大大提高EMW的吸收性能。
磁材料和碳材料的结合，可以优化阻抗匹配，同时提供额外的磁损耗容量，被认为是实现碳材料高效EMW吸收的另一种有效设计策略。磁性粒子与碳材料之间丰富的非均匀界面也会对入射EMW造成较大的界面极化损耗，从而衰减更多的电磁能。
图2 (ac) CoFe2O4@CA-100和(df) FeCo@CCA-100的SEM图像，(g) CoFe2O4@CA-100和FeCo@CCA-100的XRD谱图，(h, i)室温下FeCo@CCA-50、FeCo@CCA-100、FeCo@CCA-150的磁滞回线。
图3 (a) FeCo@CCA-50， (b) FeCo@CCA-100， (c) FeCo@CCA-150的三维RL图。(d) FeCo@CCA-100的二维RL投影映射。(e) FeCo@CCA-100和其他报告的RLmin与EABmax。
图4 (a)介电常数的实部，(b)介电常数的虚部，(c)介电损耗切线，(d)磁导率的实部，(e)磁导率的虚部，(f) FeCo@CCA-50、FeCo@CCA-100和FeCo@CCA-150的磁损耗切线。
图5 (a) Cole Cole图，(b) C0与频率曲线，(c)阻抗匹配，(d) FeCo@CCA-50、FeCo@CCA-100和FeCo@CCA-150的衰减常数。
