西安交大科研人員在高溫吸波材料研究領域取得新進展
// 交替多層 Si3N4/SiC 陶瓷氣凝膠：高溫寬頻電磁波吸收材料突破
日期：2021-04-15 08:50
智慧電磁設備快速推進智慧時代的到來，它們將萬物互聯，在方便生活和工作的同時，也帶了電磁污染、資訊安全等問題，對國民的生命健康和國家的戰略安全造成威脅。高性能電磁波吸收材料是避免電磁波侵害的首選，然而，常規電磁波吸收材料存在吸波頻段窄、難以在高溫環境中應用等問題。
近期研究表明，通過將一維納米材料組裝成三維網路結構，利用納米材料的大比表面積和大量的表面懸鍵，以及三維網路結構對電磁波的多重反射和散射，可顯著增加電磁損耗。同時，通過在吸波材料中引入透波相，可提高吸波材料與環境的阻抗匹配，進一步增強對電磁波的吸收。陶瓷氣凝膠是一種具有豐富三維網路結構的材料，具有優異的高溫穩定性和超低的密度，成為下一代高溫吸波材料的理想選擇。然而，單一的陶瓷氣凝膠面臨著衰減性能低的挑戰。
圖 交替多層 Si3N4/SiC 陶瓷氣凝膠結構示意。
仿生龍蝦殼層狀結構：交替多層透波／吸波設計
為此，西安交通大學王紅潔教授團隊借鑒仿生龍蝦殼層狀結構對機械能量的衰減機制，以紙狀 SiC 和 Si3N4 氣凝膠為基本構築單元，進行交替多層透波／吸波結構設計，構築具有優異室溫／高溫吸波性能和超低密度的複合氣凝膠： 一方面利用透波材料降低材料與環境的阻抗，另一方面利用透波／吸波交替結構將電磁波限制在材料內部，並將其損耗，起到「關門打狗」的效果，最終獲得低介電、高損耗的高性能陶瓷氣凝膠吸波材料。此外，該材料還具有陶瓷氣凝膠的優異隔熱性能。
研究成果與國際期刊發表
該研究成果以 “Alternating Multilayered Si3N4/SiC Aerogels for Broadband and High-Temperature Electromagnetic Wave Absorption up to 1000 °C” 為題近日在國際知名期刊 ACS Appl. Mater. Interfaces 上線上發表。西安交通大學材料學院博士生蔡志新為論文第一作者，蘇磊助理教授和王紅潔教授為共同通訊作者。此外，西安交通大學材料學院本科生陶麗婷共同參與了此項工作。
矽基陶瓷氣凝膠研究的系列進展
近年來，西安交通大學王紅潔課題組在矽基陶瓷氣凝膠研究方面取得一系列進展，相關研究已發表在 Sci. Adv. 6, eaay6689 (2020)； ACS Nano 12, 3103 (2018)； ACS Appl. Mater. Interfaces, 12, 8555 (2020)； ACS Appl. Mater. Interfaces, 11, 45338 (2019)； ACS Appl. Mater. Interfaces, 11, 15759 (2019) 上。 這一系列工作得到國家自然科學基金、陝西省科技創新團隊支援計畫專案的資助。