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浙江农林大学《ACS AMI》:高压缩、弹性和耐磨纤维素纳米纤维基碳气凝胶,用于高效的电磁干扰屏蔽
出处:材料分析与应用  录入日期:2024-03-28  点击数:207

  1成果简介


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  开发具有强大电磁干扰屏蔽效率(SE)、高机械性能和多功能性的优秀电磁干扰(EMI)屏蔽材料势在必行。碳材料是公认的高性能 EMI 屏蔽材料的理想替代品,但其高脆性极大地阻碍了其应用。
  本文,浙江农林大学李彩彩 副教授、孙庆丰 教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“High-Compressive, Elastic, and Wearable Cellulose Nanofiber-Based Carbon Aerogels for Efficient Electromagnetic Interference Shielding”的论文,研究通过定向冷冻干燥和碳化,制备出了一种具有高压缩性、高弹性和优异 EMI 屏蔽性能的纤维素纳米纤维/还原氧化石墨烯-葡萄糖碳气凝胶(C-CNFs/rGO-glu)。
  具体来说,在70%的高应变下,经过 100 次压缩释放后,高度和应力保持率分别为 88% 和 90.9%。气凝胶的电磁屏蔽效果达到67.5dB,并呈现出以吸收为主的屏蔽机制,吸收损耗率为97.5%。此外,碳气凝胶还能捕捉微妙的电信号以监测不同的人体行为,并表现出优异的隔热和红外隐身性能。
  2图文导读 


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  图1.通过定向冷冻铸造工艺制备C-CNFs/rGO-glu气凝胶的示意图。


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  图2.C-CNFs/rGO碳气凝胶的形貌图


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  图3.CNF/GO-glu 和 C–CNFs/rGO-glu 的 XRD 图谱 (a)、FT-IR 光谱 (b)、拉曼光谱 (c) 和 XPS 勘测扫描 (d)。CNFs/GO-glu 的高分辨率 C 1s XPS 光谱,(e) 和 C–CNFs/rGO-glu (f)。


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  图4.C-rGO(a)和C-CNFs/rGO-glu(b)的压缩和恢复的数码照片和示意图。


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  图5.不同压缩应变下C-CNFs/rGO(a)和C-CNFs/rGO-glu(b)的应力-应变曲线,以及70%压缩应变下100次循环的C-CNFs/rGO(c)和C-CNFs/rGO-glu(d)的应力-应变曲线。


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  图6、C–CNFs/rGO-Glu气凝胶的传感器性能


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  图7、 C-CNFs/rGO-Glu气凝胶的隔热和红外隐身性能
  3小结
  综上所述,通过靶向冻干和高温碳化成功制备了一种具有高压缩弹性的C-CNFs/rGO-glu气凝胶。CNFs和葡萄糖的加入增强了rGO层之间的相互作用,形成了超轻、柔韧、超稳的层状结构,大大改善了气凝胶的力学性能。具体来说,在70%的应变下,100次压缩释放循环后,高度保持率为88%,应力保持率为90.9%。由于独特的层状结构和介电损耗的协同作用,碳气凝胶的电磁屏蔽效果高达67.52 dB,并表现出基于吸收的电磁屏蔽机制,吸收损失率为97.5%。此外,气凝胶对小张力和压力的检测很敏感,并表现出优异的隔热和红外隐身性能,这为现代军队的可穿戴设备和反红外探测提供了广阔的应用前景。
  文献:


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