吸波材料通過將電磁能轉換為熱能，可有效解決電磁輻射和污染問題。當前吸波材料的研究集中于微波吸收性能的改進。然而，隨著社會發展，吸波材料將被應用到更加復雜的環境中，集高效電磁波吸收和多種功能化于一身的新型吸波材料將成為未來的研究發展方向。
近期，北京航空航天大學材料學院劉曉芳副教授、于榮海教授團隊制備出集自清潔、隔熱、電磁波吸收于一身的有機-無機雜化氣凝膠。該氣凝膠具有多級孔蜂窩狀結構，碳納米管（CNT）纏繞在聚丙烯腈（PAN）纖維骨架上，形成三維導電網絡；Fe3O4納米粒子均勻負載于PAN、CNT上，而苯并噁嗪單體（BAF-a）則原位聚合在PAN、CNT表面形成聚苯并噁嗪（PBZ）膜，不僅降低了材料的表面能，還充當粘結劑以強化氣凝膠整體結構。
圖1. 氣凝膠的制備流程及形貌表征
氣凝膠蜂窩結構的微米級粗糙度和Fe3O4粒子造成的納米級粗糙度可有效減少水-固接觸面積，再加上低表面能PBZ膜的覆蓋，使得材料展現出良好的疏水性（水接觸角>130°），能夠實現自清潔作用。由于氣凝膠中填充大量空氣而固相比例較少，因此熱傳導率低，而氣孔的隨機分布又顯著減少了輻射傳熱，由此導致氣凝膠具備可與商用材料相媲美的隔熱性能，并能夠實現優異的紅外隱身功能。同時，氣凝膠的疏水性避免了環境中水份侵入導致的隔熱性能下降，使材料能夠應用于苛刻的環境中。與同類吸波材料（CNT-磁性粒子復合材料）相比，該氣凝膠實現了比反射損耗值（反射損耗/（厚度*填料量））的突破，具備強吸收（反射損耗–59.85 dB）、輕質量、薄厚度（1.5mm）的優異綜合性能。理論分析表明，電磁波在氣凝膠中的衰減來自CNT導電網絡中的電導損耗、多相異質界面產生的界面極化損耗，以及Fe3O4磁性粒子形成的磁損耗的共同作用。而氣凝膠的多孔結構則大大增加了電磁波的多重散射路徑，進一步增強對電磁波的衰減能力。該多功能有機-無機雜化氣凝膠的設計理念和制備方法可為新型先進吸波材料的發展提供新的啟發和思路。
圖2. 氣凝膠的多功能性表征：(a) 輕質及疏水性，(b) 與其它商用隔熱材料的隔熱性對比，(c) 吸波性能及電磁波衰減機制。
以上研究成果發表于Advanced Functional Materials（2018, 1807624；DOI: 10.1002/adfm.201807624）。論文的第一作者為北京航空航天大學材料學院博士生李亞，通訊作者為劉曉芳副教授，共同通訊作者為于榮海教授。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201807624
