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成果简介

面对日益严重的电磁波(EMW)污染,生物质基碳材料由于具有绿色、可再生、环保、多孔和轻质等优点,成为最受关注的课题之一。然而,关于生物质基材料的微观结构控制的研究很少。本文,南京航空航天大学姬广斌教授团队在《Green Chem》期刊发表名为“Morphology control of eco-friendly chitosan-derived carbon aerogels for efficient microwave absorption at thin thickness and thermal stealth”论文,研究通过调整壳聚糖的用量和改变预冻方式,制备了两种壳聚糖衍生的碳气凝胶(CAs)。

竹管结构(BTS)和孤岛结构(IIS)两种形态受冰箱和冻干机中冰晶生长速度和方向的不同控制。获得的样品密度非常低,为 0.075–0.174 g cm -3可以承受自身重量的400倍。此外,独特的层间距和多孔特性使IIS气凝胶的红外发射率在20-300°C 时具有 0.545-0.709的热绝缘性。特别是IIS气凝胶的有效吸收带宽 (EAB) 几乎包含了1.0-1.4 mm厚度内的整个Ku带,与IIS气凝胶相比,最小反射损耗 (RL min ) 峰似乎向左移动. 此外,雷达截面(RCS)的仿真结果表明,厚度为 1.4 mm 的 IIS在14.1 GHz时可以将RCS降低约20.3 dB m 2 。该研究为环保型壳聚糖衍生碳吸收剂的研究提供参考。

图文导读

图1.壳聚糖的广泛来源。

图 2、 (a) CSA合成过程示意图。(b) 凝胶骨架(b1 ) 和(b2 ) 在冷冻干燥机中的冷冻微观结构的形成过程。

图3. CA 样品在冷冻干燥机中预冷冻的 SEM 图像

图4.(a) CA 在小花上的图片。(b) 承重100g前后的CA承载力及照片。(c) CA3.5-4 和 CA3.5-60 的 XRD 图谱。(d) CAs和CSA的拉曼光谱和 (e) FT-IR。(f) CSA 的 TG 曲线。

图5. (a) CA3.5-4 和 CA3.5-60 的红外发射率条形图。(b) 每个 CA 样品的表面稳定温度图。(c) CA3.5-4 和 (d) CA3.5-60 在 180 秒时的红外热图像。(e) BTS气凝胶和(f) IIS气凝胶的隔热原理示意图。

图6. (a) CA3.5-4和CA3.5-60 在 1.0-2.4 mm 不同厚度下的 RL min 对应的 EAB 和频率。(b) CA3.5-4和 (c) CA3.5-60 的介电参数和 Cole-Cole 曲线。(d) CA3.5-4和(e) CA3.5-60的平均介电损耗角正切值和介电损耗角正切的频率依赖性。(f 和 g) CA3.5-4 和 (h 和 i) CA3.5-60在1-5mm 处反射损耗的3D和二维 (2D) 图。

图7. (a) 雷达探测器工作原理。(b) PEC、CA3.5-4和CA3.5-60在-60°≤θ≤60°检测范围内的RCS模拟曲线。(c) PEC、(d 和 e) CA3.5-60(厚度为 1.2 mm 和 1.4 mm)和 (f) CA3.5-4(厚度为 1.4 mm)在 14.1 GHz时的CST远场模拟结果。(g) BTS和IIS气凝胶的EMA机制。

小结

在本研究中,利用冰箱和冷冻干燥机冷源的不同特性,获得了具有 BTS 和 IIS 的生物质衍生轻质 CA。此外,还系统地研究了它们在红外隐身和EMA性能方面的差异。因此,该工作为环保可再生碳气凝胶的制备和应用提供了新的参考。

文献:

  • https://doi.org/10.1039/D2GC01604D

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