随着无线通信、雷达探测和电子设备的快速发展，电磁波干扰（EMI）问题日益严重。高性能的电磁波吸收材料需要具备轻量化、高效吸收、宽频带和优异的机械性能，但传统材料往往存在结构脆弱、吸收能力有限等问题。因此，研究人员希望通过设计新型纳米结构复合材料来突破这一技术瓶颈。

  优化单壁碳纳米管(SWCNTs)在纤维素纳米纤维(CNF)气凝胶中的分散是实现增强微波吸收和多功能性的关键。同样重要的是确保这些材料的机械耐久性和长期稳定性。本文报道了一种结合球磨辅助单分散和自组装技术的制备策略，以优化气凝胶的结构。在球磨过程中，SWCNTs通过静电斥力和位阻均匀分散，而自组装过程改变CNF的内部氢键，以防止过度致密化，随后SWCNTs和CNF通过氢键作用形成了三维网络。定向冷冻干燥产生了具有仿生蜘蛛网状结构的轻质弹性复合气凝胶。优化后的气凝胶具有优异的电磁波吸收性能，最小反射损耗(RLmin)为?38.9 dB，有效吸收带宽(EAB)为8.5 GHz，最大雷达横截面(RCS)降低34.44 dB?m2。此外，这些气凝胶表现出显著的机械弹性，在极端条件下(-20?C)，在50次压缩循环中保持高达86.1%的初始应力。结合其优异的隔热和热红外性能，该气凝胶为先进的EMW管理和多功能应用提供了巨大的潜力。

本文要点

要点一：材料独特的构建方式

图2 SWCNT 的分散性能

图3 垂直于z轴的二维最小反射损耗(RL_min)曲线a1、a2 CS5、b1、b2 CS20、c1、c2 CS35和d1、d2 CS50的。e不同样品的最佳吸收曲线比较。f合成CS气凝胶的最小反射损耗和有效吸收带宽(EAB)。g CS20气凝胶在厚度小于1.9 mm的RL_min数据。

图4 介电常数a实部(ε′)，b虚部(ε′)，c介电损耗正切部(tanδε)， d Cole-Cole圆，e CS气凝胶的微波吸收机理。f电导率损耗和极化损耗的贡献程度。CS气凝胶的|Z_in/Z₀|值。h CS气凝胶与其他类型气凝胶EMW吸收性能比较。

  基于上述分析，提出可能的吸波机理如下 （图4）：1) 气凝胶中固有的多孔结构产生了二面角，这对EMW的多次反射和散射非常有利，增强了吸收能力。2) 三维网络中存在的含氧极性基团(如C-O, C-O)和C- N基团的不同电负性导致极化位点的形成，进而诱导偶极极化。3)亚微米宽CNF与SWCNTs界面处空间电荷的不均匀分布增强了界面相互作用，导致显著的界面极化效应，并形成明显的共振峰。4)三维的导电网络的连续性保证了SWCNTs的均匀分布，提供适当的电导率和良好的阻抗。特别是，在特定的共振频率下，优化后的蜘蛛网状结构和分散良好的SWCNTs之间的协同效应可以通过增强的阻抗匹配和介电损耗实现高效的能量转换。与其他材料相比，低密度CS气凝胶即使在更薄的厚度下也表现出更宽的吸收带，这是由于良好匹配的阻抗和改进的导电网络的微妙协同效应。因此，合理调整材料结构和SWCNTs的分散可以改善材料的微波吸收性能。

图6 CS气凝胶的力学性能。a压缩应力-应变(σ-ε)曲线，b压缩循环曲线，c轴向最大应力、应力保持和50%应变下的能量损失系数。d传统CNF/SWCNTs气凝胶(T-CS20)和CS20气凝胶在500 g重量下的可压缩性，e CS20气凝胶在液氮中高达80%的可压缩性。F 低温下压缩应力-应变(σ-ε)曲线，g压缩循环，h最大应力，应力保持，i低温50%应变下CS20的应力-循环曲线。j CS气凝胶的压缩回弹机理。

  文 章 链 接

  Spiderweb-structured aerogels with high-efficiency microwave absorption and multifunctionality

  https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110863

通 讯 作 者 简 介

  1. 王延青特聘研究员简介：四川大学高分子科学与工程学院特聘研究员，四川省青年人才，国家制革技术研究推广中心特聘专家，四川省专家服务团专家，日本政府高端引进外国人（日本高度人才1号）。入选四川大学“双百人才工程”计划（2019-2023），日本学术振兴会（JSPS）外国人特别研究员（2015-2017）。2019年加入四川大学高分子科学与工程学院高材系独立开展研究工作，成立先进碳与能源材料应用研究室。主要从事超长碳纳米管的单分散原理、碳基材料的设计制备及其在能源、环境相关领域的应用研究，主要包括：超长碳纳米管在非/弱极性有机体系的分散研究、新型高倍率快充锂电池导电剂、低温锂电池负极、钠电池硬碳负极、电磁屏蔽/吸波材料、超级电容器、碳基导热/散热材料、柔性显示材料、先进高分子功能材料等，在Advanced Science，Carbon，Chemical Engineering Journal，Small，J Mater Chem A，Energy Storage Materials等高水平学术期刊上发表论文50余篇。研究成果获得了山东省科技进步一等奖、国家优秀自费留学生奖学金、中国专利优秀奖、山东省专利奖、四川省特聘专家、四川省“天府峨眉计划”创业领军人才、JSPS外国青年学者研究奖励、北海道大学私费外国人留学生特待制度、四川大学优秀科技人才奖、盐都特聘专家等。

  课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/wangyanqing

  2. 张益副研究员简介：四川大学电子信息学院副研究员、博士生导师。 2013年和2018年分别获四川大学电子信息工程学士学位和无线电物理博士学位。2016-2017年，美国宾夕法尼亚州立大学材料研究所访问学者。2017-2018年，美国马萨诸塞州东北大学电子与计算机工程系访问学者。目前主要从事微波与材料相结合的研究方向，包括基于压电陶瓷、磁性、相变等材料的小型化、集成化射频/微波器件，微波材料处理，工业微波源等。主持国家自然科学基金面上基金、青年基金等多项纵向项目及企事业横向项目。发表SCI论文20余篇，申请专利10余项。