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華南理工大學郭建華教授團隊 CEJ：一種可在極端環境下使用的多功能微波吸收石墨烯復合氣凝膠

2023-11-07 來源：高分子科技

在航空航天領域，極端的高低溫環境會使得多種材料發生變形、開裂、老化和分解。此外，不同頻段的微波輻射也會對航天器中的各種電子元器件產生不利影響。因此，開發具有耐極端高低溫性以及優異微波吸收性能的多功能復合材料非常重要。

近期，華南理工大學郭建華教授和蔣興華研究員團隊采用硅烷偶聯劑改性氧化鋯纖維，然后與氧化石墨烯溶液混合，并通過雙向冷凍干燥法和熱退火工藝，成功制備了具有層狀結構的改性氧化鋯纖維/還原氧化石墨烯復合氣凝膠（ZFGA）。ZFGA具有極低的密度（7.8 mg·cm^-3），可漂浮在人眼睫毛上（圖1）。XRD、FT-IR和Raman光譜等分析表明，氧化石墨烯和氧化鋯纖維之間產生了化學交聯；雙向冷凍干燥過程形成了具有層狀孔結構的ZFGA（圖2）。循環壓縮測試表明ZFGA具有優異的力學性能。當循環壓縮應變最高達到90％時，經過1000次循環壓縮后，其最大壓縮應力保持不變，且應變傳感特性保持穩定（圖3）。此外，ZFGA具有極低的熱導率（0.027 W·m^-1K^-1）和優異的微波吸波性能，當樣品厚度為2.1 mm時，復合氣凝膠的最小反射損耗（RL_min）達到-72.2 dB，最大有效吸收帶寬（EAB_max）達到8.4 GHz，雷達散射截面降低了22.94 dBsm。在酒精燈下燃燒（~800 ℃）和浸泡液氮（~-196 ℃）的高低溫環境下，ZFGA仍具有極好的壓縮回彈、抗疲勞、隔熱、微波吸收性能以及較小的雷達散射截面（圖4和圖5）。由此可見，復合氣凝膠在極端高低溫環境下仍然保留了優異的力學、隔熱和微波吸收性能，有望為極端環境下應用的多功能復合材料的設計開發提供新思路。該工作以“Modified zirconia fiber/reduced graphene oxide composite aerogels with exceptional mechanical and microwave absorption properties for harsh-environment applications”為題發表在《Chemical Engineering Journal》上。論文第一作者是華南理工大學材料科學與工程學院博士研究生余池，通訊作者是華南理工大學郭建華教授。該研究得到包括國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、中山市重大科技項目等資助。