NML:具有电磁屏蔽和红外隐身的多级孔聚吡咯泡沫

文摘   2024-11-23 09:55   山东  

转自 西南交大WY课题组

Hierarchically Porous Polypyrrole Foams Contained Ordered Polypyrrole Nanowire Arrays for Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding and Dynamic Infrared Stealth.Nano-Micro Letters, 2024, in press.

含有聚吡咯纳米线阵列的多级孔聚吡咯泡沫用于电磁屏蔽和动态红外隐身

刘宇龙、朱亭钰、汪琴、黄子杰、孙得翔、杨静晖、祁晓东*、王勇*

随着航空航天、国防军工等领域的电子设备和无线通讯技术迅猛发展,由于电磁辐射干扰所引发的信息安全问题以及红外目标暴露(如电子设备和飞行器发动机运行所产生的温度变化)愈发严重,迫切需要研发轻质高效的电磁屏蔽和红外隐身材料以保护目标并减弱电磁波的影响。

在本项工作中,我们通过电化学聚合在三聚氰胺泡沫(MF)骨架上生长了有序聚吡咯(PPy)纳米线阵列。多级孔 MF@PPy 泡沫由三维 PPy 微米骨架和一维 PPy 纳米线阵列组成,实现了多功能集成:(1)疏水性:PPy 纳米线阵列增加了 MF@PPy 泡沫表面的粗糙度,增强了Cassie-Baxter状态,使其具有高疏水性,在各种恶劣环境条件下具有显著的稳定性。(2)隔热性:PPy 纳米线阵列的低导热性和细长韧带特性赋予了 MF@PPy 泡沫优异的隔热能力。(3)主/被动红外隐身:MF@PPy 泡沫具有高导电率(128.2 S/m),在 3 V 的低电压下,其焦耳热反应迅速,表面温度可达80 ℃,从而实现了动态红外隐身和热伪装效果。(4)电磁干扰屏蔽性能:分级多孔 PPy 结构通过多重衰减效应赋予泡沫 55.7 dB19928.57 dB·cm2/g的电磁屏蔽效能值。本工作提供了一种通过构建 PPy 纳米线阵列来制备多功能电磁屏蔽泡沫的新策略,在军事和民用领域具有广阔的应用前景。

1 MF@PPy 泡沫的聚合机理和多种功能示意图。MF@PPy泡沫实现了多功能集成,包括疏水性、隔热性、动态红外热伪装性和电磁干扰屏蔽性。

2 MF@PPy泡沫的结构表征。a MF@PPy泡沫的AFM图像。b MF@PPy泡沫的光学显微镜图像。c MFMF@PPy泡沫的FTIR光谱。MFMF@PPy泡沫的拉曼光谱。e MFMF@PPy泡沫的XPS光谱。MFMF@PPy泡沫的 f N 1s和 g C 1s XPS光谱。MFMF@PPy泡沫的 h TGA和 i DTG曲线。

3 MF@PPy泡沫的疏水性能评估。a MF@PPy的疏水机理示意图;b MF@PPy1MF@PPy2MF@PPy3的水接触角。各种液滴在MF@PPy表面的照片。各种液滴在MF@PPy表面的水接触角。e1, e2 水滴在MF@PPy表面接触和滚动示意图。f-h MF@PPy经过紫外线照射、化学腐蚀和多次弯曲后的水接触角。

4 MF@PPy泡沫的隔热性能。a MF@PPy泡沫的隔热机理示意图。b MF@PPy1MF@PPy2MF@PPy3的导热系数。红外隐身性能测试示意图。d, e MF@PPy泡沫平行放置和 f, g MF@PPy泡沫直立在热台上的红外热图像和温度曲线。花朵在石棉网和MF@PPy泡沫下被火加热的照片。

5 MF@PPy泡沫的电热转换性能。MF@PPy泡沫的电导率。MF@PPy泡沫的电热转换机理示意图。MF@PPy泡沫在3V电压下的红外热图像和 d 温度-时间曲线。MF@PPy3在不同电压下的红外热图像和 f 温度-时间曲线。

6 MF@PPy泡沫的红外热伪装应用。a MF@PPy泡沫在不同环境条件下的主动和被动热伪装示意图。MF@PPy泡沫在 人体、电子设备、d 低温物体和 e 虚假目标的红外热伪装应用。

7 MF@PPy泡沫的电磁干扰屏蔽性能。MFMF@PPy泡沫的 a SEASERSET  平均SEe MF@PPy泡沫的SER/SETSEA/SET值。f MF@PPy泡沫的功率系数。MF@PPy泡沫的电磁干扰屏蔽机理示意图。h MF@PPy泡沫的SSE/tSET与相关研究的比较。

综上,本工作以“Hierarchically Porous Polypyrrole Foams Contained Ordered Polypyrrole Nanowire Arrays for Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding and Dynamic Infrared Stealth”为题发表在材料科学类一区期刊 Nano-Micro Letters上。论文的第一作者为西南交通大学化学学院2022级硕士生刘宇龙,通讯作者为西南交通大学化学学院祁晓东副教授和王勇教授。


热辐射与微纳光子学
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