石墨烯封装ZIF-67衍生物与碳纳米管协同构筑碳气凝胶实现超强微波吸收性能

为应对电磁辐射危害及5G技术发展对高性能吸波材料的迫切需求，研究人员通过定向冷冻干燥芳纶纳米纤维气凝胶负载ZIF-67，经热处理和催化化学气相沉积（CCVD）制备Co/Co3O4@碳纳米管/碳纳米纤维气凝胶。该材料展现出?73.50 dB的最小反射损耗（RLmin）和5.90 GHz的有效吸收带宽（EAB），兼具优异的隔热性能，为多功能吸波材料设计提供新思路。

　　

随着5G技术的快速普及，电磁污染问题日益凸显，长期暴露于电磁辐射可能引发健康风险和电子设备干扰。传统吸波材料难以兼顾轻薄特性与宽频吸收性能，亟需开发新型复合材料。碳基材料虽具有轻质和高介电损耗优势，但单一组分难以平衡阻抗匹配与衰减能力。金属有机框架（MOFs）衍生物因其可调控的磁电性能成为研究热点，如何通过结构设计实现多机制协同损耗仍是关键挑战。

山东大学的研究团队在《Materials Today Nano》发表研究，提出了一种创新策略：通过定向冷冻干燥芳纶纳米纤维（ANFs）气凝胶负载ZIF-67前驱体，结合催化化学气相沉积（CCVD）技术，成功构建了具有多级异质结构的Co/Co₃O₄@碳纳米管（CNTs）/碳纳米纤维（CNFs）气凝胶。研究采用ZIF-67负载时间（COCFx）和CCVD生长温度（COCFTx）双变量调控，通过X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和矢量网络分析仪（VNA）等表征手段系统评估材料性能。

结果与讨论

1. 材料设计与合成：通过单向冷冻干燥构建三维多孔骨架，ZIF-67热解形成Co/Co₃O₄磁性颗粒，CCVD过程原位生长CNTs形成导电网络。TEM显示石墨烯封装Co纳米颗粒与CNTs的独特结构。
2. 电磁性能优化：COCF2样品在2.08 mm厚度下实现?73.50 dB的RL_min和196.31 dB/mm的比吸收值，EAB达5.90 GHz。磁性组分改善阻抗匹配，异质界面增强界面极化，氮掺杂提升导电损耗。
3. 机理分析：三维多孔结构延长电磁波传输路径，多重反射与散射协同磁电损耗。计算机模拟技术（CST）显示30°探测角下雷达散射截面（RCS）降低37.60 dB·m²。

结论
该研究通过MOFs衍生与CCVD技术融合，创制了兼具超强吸波（RL_min ?73.50 dB）、宽频响应（5.90 GHz）和隔热功能的气凝胶材料。磁性-介电组分协同与多孔结构设计为高性能吸波材料开发提供了范式，其热隐身特性进一步拓展了军事伪装和电子防护应用场景。密度泛函理论（DFT）计算证实了材料优异的介电损耗机制，为后续材料基因工程研究奠定基础。