跨尺度构建的多维共晶纳米纤维（3Se/4/CNFs）@rGO气凝胶，用于高效电磁波吸收

《CARBON》：Cross-Scale Construction of Multidimensional Co 3Se 4/CNFs@rGO Aerogels for Highly Efficient Electromagnetic Wave Absorption

　　

摘要

为了解决传统电磁波（EMW）吸收材料存在的阻抗匹配不佳和单一衰减机制的问题，本研究提出了一种双重结构设计策略，将“微观多组分异质结构”与“宏观几何梯度”相结合，成功制备出了具有超宽带EMW吸收和多功能特性的Co₃Se₄/CNFs@rGO气凝胶。具体而言，采用静电纺丝技术并结合一系列后续处理方法，获得了具有1D/2D层次结构的Co₃Se₄/CNFs磁性功能组件。这些组件随后被作为功能性填料融入到三维rGO基质中，通过发泡和冷冻干燥技术组装成宏观气凝胶金字塔楔形阵列（CSC-PGA）。得益于微观级别的协同磁介电双损耗网络和宏观层次的多孔结构，CSC-PGA复合材料在仅3.2毫米的厚度下实现了最大有效吸收带宽（EAB）为10.37 GHz（覆盖了测试频率范围的54.5%），同时最小反射损耗（RL_min）低于-50 dB。使用现场测量方法（arch method）评估时，CSC-PGA的RL_min达到-36.58 dB，EAB达到13.90 GHz，显示出出色的EMW吸收性能。此外，由于其分级的横截面、高孔隙率和表面疏水性，CSC-PGA还具备优异的高温隔热性能。本研究为开发轻质、宽带、耐候且具有“红外-雷达”兼容隐身功能的宏观EMW吸收材料提供了新的途径。

章节摘录

引言

近年来，随着4G和5G的快速发展，高频通信技术和可穿戴电子设备已成为人类生产和日常生活不可或缺的一部分。但这些技术也带来了一系列问题。电磁辐射的增加不仅对公众健康和信息安全构成威胁，还在军事战场上起着决定性作用[1]，[2]。因此，高性能的吸波材料变得至关重要。

材料

六水合硝酸钴（II）（Co(NO₃)₂· 6H₂O）、聚丙烯腈（PAN，分子量约150,000）、三聚酸、硒（Se）粉末、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、氧化石墨烯（GO）水浆（15.5 mg/g）、烷基多糖和L-抗坏血酸均购自上海阿拉丁生化科技有限公司。所有试剂均为分析纯级，按原样使用，无需进一步纯化。

Co₃Se₄/CNFs的合成

通常，将PAN和TA共同溶解在DMF中并 vigorously搅拌以获得...

结构和组成

图1展示了静电纺丝前体的SEM图像，显示出明显的形态差异。如图S1a所示，纯PAN纳米纤维表面光滑，具有典型的均匀1D圆柱结构。当TA引入纺丝溶液（图1b）后，纤维表面和内部出现了规则的多面体晶体结构。

结论

通过将微观组分调控与宏观结构设计相结合，本研究成功制备出了具有优异EMW吸收性能的Co₃Se₄/CNFs@rGO气凝胶金字塔楔形阵列样品。首先，通过将TA颗粒引入静电纺丝生成的PAN纤维中作为过渡金属离子的成核位点，通过一系列水热反应、炭化和气相...

CRediT作者贡献声明

王乐瑶：撰写——原始草案，正式分析，数据管理，概念构思。王晓涵：正式分析，概念构思。袁叶：撰写——审阅与编辑，可视化处理，软件开发，实验研究，概念构思。李一斌：撰写——审阅与编辑，软件开发，实验研究，概念构思。李晨元：实验研究，数据管理。蒋晓：软件开发，方法设计。米德义：实验研究，正式分析。杜志宇：实验研究

注意事项

作者声明不存在任何可能影响本文研究的竞争性财务利益。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了中国教育部基础与交叉学科突破计划（JYB2025XDXM412）的财政支持。

Leyao Wang|Ye Yuan|Xiaohan Wang|Xiao Jiang|Zhiyu Du|Deyi Mi|Chenyuan Li|Yibin Li