转自 气凝前沿
研究背景与目的：
现代社会对智能电磁波吸收材料的需求日益增加。
研究旨在开发一种轻质、多功能、无金属的碳基气凝胶，以满足可调EMA、阻燃和隔热的需求。
材料与方法：
通过热处理氧化石墨烯/氧化碳纳米管/六氯环三膦腈复合物，获得具有纵向蜂窝多孔框架和横向整齐层状结构的RCPs。
采用定向冷冻和随后的热解技术成功合成了一系列具有3D各向异性结构和超低密度的GO/OCNTs/HCCP气凝胶（RCPs）。
结构与性能：
各向异性结构确保气凝胶的性能可根据环境需求沿倾斜角度进行调整。
纵向的蜂窝多孔结构相比横向的层状结构更有效地促进电磁波的多次反射和散射，最大化材料内部的穿透，从而实现高EMA性能。
OCNTs通过π-π共轭锚定在GO框架上，增强了结构稳健性和异质界面。
通过调整GO的浓度，可以有效调节纵向孔径和横向层间距。
优化结果：
优化的R10C2P-4气凝胶在纵向方向上的最小反射损失（RLmin）为-61.5 dB，而在横向方向上为-22.4 dB。
在纵向方向上实现了良好的阻燃和隔热性能，热导率低至20.6 mW m−1 K−1。
性能评估：
对RCP气凝胶的EMA、阻燃和隔热性能进行了深入研究，发现这些性能对孔隙结构的变化有强烈响应。
当GO浓度为4 mg mL−1时，获得了最优的孔隙结构。
应用前景：
R10C2P-4气凝胶以其可调EMA性能、超低密度、优异的阻燃性和显著的隔热能力，以及支撑基质中超低的填料含量，在航空航天、隐形武器、电磁保护等高技术领域具有广阔的应用前景。
该材料有望为人类文明带来更好的未来。
材料来源
天然石墨片：Alfa Aesar Chemical Co., Ltd.
多壁CNTs（直径>50nm，长度<10µm）：Jiangsu Xianfeng nanomaterials technology Co., Ltd.
HCCP：Alfa Aesar Chemical Co., Ltd.
其他化学试剂：钾高锰酸盐、硝酸钠、过氧化氢溶液、盐酸、硫酸、硝酸等，分别来自Sigma–Aldrich Chemical和两家中国公司。
合成过程
GO胶体溶液的合成
采用改良的Hummers方法从天然石墨片中制备GO。
OCNTs的合成
多壁CNTs先在空气中430°C下煅烧1小时。
然后加入浓硫酸和浓硝酸（3:1比例），在60°C下恒温搅拌6小时。
产物经过离心、超声分散、透析和真空冻干等步骤，得到OCNTs。
复合气凝胶的制备
将GO、OCNTs和HCCP按一定比例混合，加入去离子水调整GO浓度。
搅拌均匀后，倒入定制的特氟龙模具中，用液氮单向冷冻。
真空干燥3天得到GCP气凝胶。
在氩气气氛中400°C热处理1小时，得到RCP气凝胶。
实验设计
OCNTs比例的影响：在GO浓度为4mg/mL时，调整GO:OCNTs:HCCP的比例为10:0:1（无OCNTs）、10:1:1、10:2:1、10:5:1，比较不同OCNTs含量对气凝胶性能的影响。
GO浓度的影响：在GO:OCNTs:HCCP比例为10:2:1时，调整GO浓度为2mg/mL、4mg/mL、6mg/mL、8mg/mL，探索GO浓度对系统的影响。
图解
a) RCP气凝胶制备过程的示意图。b) RCP气凝胶的照片。c) G10C2-4、G10C2P-4、R10C2-4和R10C2P-4气凝胶的X射线衍射（XRD）图谱。d) G10C2-4、G10C2P-4、R10C2-4和R10C2P-4气凝胶的拉曼光谱。e) G10C2P-4和R10C2P-4气凝胶的X射线光电子能谱（XPS）分析。f) G10C2P-4气凝胶中C 1s峰的XPS光谱。R10C2P-4气凝胶的高分辨率XPS（HR-XPS）光谱：g) C 1s峰，h) N 1s峰，以及i) P 2p峰。
不同氧化石墨烯（GO）浓度下R10C2P气凝胶表面形貌的变化。a–d) 为R10C2P-2、R10C2P-4、R10C2P-6和R10C2P-8气凝胶的横截面扫描电子显微镜（SEM）图像；e–h) 为上述气凝胶的纵截面SEM图像。其中，(e–h) 的插图为单个孔的放大图案。i) R10C2P-4气凝胶纵截面和横截面的SEM图像及相应的能量色散光谱（EDS）图。
R10C2P气凝胶的吸收性能。a–c) 分别为R10C2P-2、R10C2P-4和R10C2P-6气凝胶的反射损耗（RL）三维图；d–f) 分别为上述气凝胶的RL二维截面图。g) 不同R10C2P气凝胶的最小反射损耗（RLmin）和最大有效吸收带宽（EABmax）的统计。h) R10C2P-4气凝胶在纵向、横向和无序状态下的RLmin和EABmax统计。i) 不同RCP气凝胶的RLmin和EABmax统计。
a) R10C2P-2，b) R10C2P-4，和c) R10C2P-6气凝胶的阻抗匹配Z。d) 不同氧化石墨烯（GO）浓度的R10C2P气凝胶的α曲线。e) R10C2P-4气凝胶的α/RL/Z-f曲线。f) L/T-R10C2P-4（L和T分别代表纵向和横向）与近期文献中报道的电磁吸收（EMA）性能的比较，具体数据列于表S2（补充信息）中。g–i) R10C2P-2、R10C2P-4和R10C2P-6气凝胶的科尔-科尔（Cole–Cole）曲线。
RCP气凝胶吸收机制的示意图。
a) R10C2P-4气凝胶在纵向方向上随着压缩应变ε增加的应力-应变（σ-ε）曲线。b,c) R10C2P-4气凝胶在50%应变下经过300次压缩循环的应力-应变曲线及力学性能变化。d) 不同六氯环三磷腈（HCCP）比例的R10C2-2气凝胶在酒精灯火焰上燃烧时的质量损失随燃烧时间的变化。e) R10C2-4和R10C2P-4气凝胶在空气氛围下的热重曲线。f) R10C2P-4气凝胶的整体、纵向和横向热导率值。g) 在80℃加热平台上，R10C2P-4气凝胶纵向和横向方向上厚度为1.5mm的测试点的红外热温-时间曲线。h) R10C2P-4气凝胶在纵向和横向方向上燃烧时的质量损失随燃烧时间的变化。i) R10C2P-4气凝胶在加热平台上纵向和横向方向上的对应图像。j) R10C2P-4气凝胶在酒精灯下燃烧的纵向方向图像和k) 横向方向图像。
