h-BN/N-石墨烯复合气凝胶用于高性能隔热和电磁波吸收

1 成果简介 

在快速发展的 5G 时代，由于各种电子设备的广泛应用，电磁波污染无法避免。电磁波污染带来的安全隐患已引起高度重视。特别是在作战环境中，应用电磁波吸收材料，降低作战装备关键部位的表面温度，将有效降低雷达和红外识别风险**。本文，西北工业大学王汝敏教授、Shuhua Qi等研究人员在《Ceramics International》期刊**发表名为“In situ-growth ultrathin hexagonal boron nitride /N-doped reduced graphene oxide composite aerogel for high performance of thermal insulation and electromagnetic wave absorption”的论文，研究设计了具有三维平行多孔网络异质结构的六方氮化硼（h-BN）/掺杂还原氧化石墨烯（rGO）复合气凝胶，用于电磁波吸收和隔热。

结果表明，由于结构设计、介质损耗和阻抗匹配的优化，h-BN/rGO 复合气凝胶具有优异的电磁波吸收和隔热性能。当匹配厚度为3.1mm时，有效吸收带宽可达10.13GHz（7.9-18 GHz），最小反射损耗为-21.49 dB。热重分析结果表明，rGO的热分解温度为560 ℃，h-BN/rGO的热分解温度为674 ℃，两者相差114 ℃。红外成像分析表明，在 200 ℃ 的外部热环境中，10 mm 厚的 h-BN/rGO 气凝胶的表面温度仅为 44.45 ℃，能有效地将热量隔离到 155.55 ℃。优异的电磁波吸收性能和有效的热隔离性能不仅使 h-BN/rGO气凝胶在隐身材料中得到了应用，而且在热管理领域也具有应用前景。

2 图文导读

图1.（a） h-BN/rGO气凝胶复合材料的制造示意图，（b）h-BN/rGO复合气凝胶的物理图像。

图2.rGO和h-BN/rGO复合材料的FESEM图像

图3.EDS元素含量和能谱图

图4.（一）BN、rGO和h-BN/rGO复合气凝胶的XRD图谱。（二）h-BN/rGO复合材料和rGO在900 °C处理下的拉曼位移光谱.

图5.h-BN/rGO复合材料的XPS测量光谱

图6.rGO和h-BN/rGO复合气凝胶的热性能表征

图7.rGO和h-BN/rGO气凝胶的电导率。

图8.h-BN/rGO复合气凝胶电磁波吸收机理及电子传输示意图、N掺杂石墨烯片状结构示意图及h-BN/rGO复合气凝胶微电容状结构模型.

3 小结 

本研究通过水热反应和化学气相沉积制备了h-BN/rGO三维杂化气凝胶，通过调节BN片的引入量，该气凝胶具有优异的电磁波吸收性能和隔热性能。表征结果表明，h-BN/rGO-102复合气凝胶在7.87-18GHz 范围内实现了有效吸收，有效吸收带宽高达 10.13GHz，在 9.68GHz时的最小反射损耗为-21.40 dB。将 h-BN/rGO-102置于200 ℃ 的外部热环境中，样品的表面温度仅为 44.45 ℃，从而有效地将温度隔离到 155.55 ℃。得益于结构设计和 BN 的引入，h-BN/rGO 复合材料表现出优异的电磁波吸收和隔热性能。优异的电磁波吸收性能和有效的隔热性能不仅使 h-BN/rGO 气凝胶在电磁波吸收领域得到了应用，而且在隔热领域也具有应用前景。

审核编辑：刘清