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《苏州纳米所构建出梯度弥散结构内嵌空心碳纳米球壳层助力高效电磁波吸收》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者： hujm
  • 发布时间：2022-12-09

  • 　随着通信技术的普及应用，电磁污染已成为人类日常生活的主要污染之一，兼具“强、宽、轻、薄”特性的电磁波吸收材料的研制迫在眉睫。碳基吸波材料由于其轻质、耐腐蚀和适当的介电性能等特性被认为是理想的吸波材料之一，但单一的碳基吸波材料存在阻抗匹配性较差、吸收频段较窄的缺点。因此，将异质组分以梯度结构与碳基材料结合，形成多组分、多尺度结构调控策略是解决该问题的有效方法之一。然而，目前梯度组分的引入存在步骤复杂、耗时耗能的问题，且鲜有针对纳米尺度梯度结构的精确设计和微波吸收机制的报道。基于此，苏州纳米所基于竞争反应策略在空心碳壳层中构建了纳米尺度的梯度弥散结构（Air@G-Fe/C），在电磁波吸收性能方面显示出突出优势，为纳米尺度梯度分布的导电结构设计提供了一种新的方案。

    　　　　一、Air@G-Fe/C纳米球结构分析

    　工作首先对制备的Air@G-Fe/C纳米球进行了结构分析。研究表明，Air@G-Fe/C纳米球与前驱体都表现出Fe元素的梯度分布特性，且在SiO2模板表面形成了均匀的包覆。离轴电子全息成像分析显示在正偏压下Air@G-Fe/C纳米球的静电势会呈现出多层同心环效应，形成大量的从内部到外部的极化现象。与传统的均匀弥散结构相比，这种超细铁颗粒在中空碳壳中形成的梯度嵌入结构有利于同时改善界面极化，增强电磁波反射损耗和提高阻抗匹配。

    　　二、Air@G-Fe/C纳米球吸波性能分析

    　　研究结果显示，Air@G-Fe/C纳米球在15.8 GHz和1.95 mm厚度时，电磁波吸收强度达到-62.7 dB，有效吸收带宽达到6.4 GHz，覆盖了整个C波段、X波段和Ku波段。通过调节Air@G-Fe/C纳米球中Fe纳米粒子的分布特性，可有效的提高其电磁波吸收强度和吸收带宽。相较于传统的梯度分布结构，本工作在吸收强度、有效吸收带宽、结构调控精度和轻质特性等方面都展现出性能优势。

    　　三、Air@G-Fe/C纳米球吸波机制研究

    　进一步地，工作还对Air@G-Fe/C纳米球吸波机制开展了研究。电磁波吸收主要依赖介电损耗、磁损耗和阻抗匹配等特性的协同作用。本工作发现由于电子在3D互连网络结构和纳米碳壳中的迁移，介电损耗成为Air@G-Fe/C纳米球的主要吸波机制，而电导损耗又主导了介电损耗过程。研究表明，借助铁纳米颗粒的梯度分布设计，会造成电导率的逐渐增加，进而引起电磁波的多重反射效应，有效的提高Air@G-Fe/C纳米球的阻抗匹配特性。

    　　该研究工作提出了一种具有梯度分布结构和微波吸收可调的纳米空心碳球吸波材料的制备方法，为新型微波吸收材料的设计、研究和实际使用提供了新的方案。相关工作以Hollow Gradient-Structured Iron Anchored Carbon Nanospheres for Enhanced Electromagnetic Wave Absorption为题发表于Nano-Micro Letters，论文的第一作者是中国科学院苏州纳米所博士后吴操博士，通讯作者是苏州纳米所康黎星研究员、张永毅研究员和李清文研究员。该工作获得了国家自然科学基金、中国博士后科学基金和江苏省博士后科研基金等项目资助。

  • 原文来源：http://www.sinano.cas.cn/news/kyjz/202212/t20221209_6571881.html;https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-022-00963-w
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  • 《苏州纳米所张珽团队EcoMat：基于分级纳米结构的高效、耐久的太阳能蒸发器》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2022-10-14
    • 洁净水源短缺困扰着超过世界四分之一的人口，也是引起传染病、贫穷等问题的根源。太阳能蒸汽发生器技术能在光照条件下直接产生洁净水源，为上述水源危机提供可靠的解决途径。近些年，研究人员通过提升太阳光吸收和光热转换效率、降低水的蒸发焓等手段，设计制造了一系列太阳能蒸发器以克服水蒸发过程中大量的能量消耗与弱的自然光输入之间的矛盾。然而，更高的能量利用效率依然需要在复杂的热管理与水的输运微妙平衡中去探寻。 另一方面，盐水在快速蒸发过程中往往伴随着盐的结晶，这会显著限制蒸发器的光吸收效率降低净水效率。针对这一缺陷，表面疏水化与构建宏观水输运通道这两个策略被广泛应用于蒸发器设计以提升耐久性。但是，超疏水的表面无法消除盐结晶阻塞水输运通道的风险，同时较大尺寸的通道又会造成热的对流损失。同时具备高效净水能力和抗盐特性的太阳能蒸发器依然是充满挑战的课题。 近日，中国科学院苏州纳米所张珽团队在前期基于功能化纳米通道的柔性水伏产电系统工作的基础上（Nat. Commun. 2022, 13:1043; Nano Energy. 2022, 99, 107356.）,通过多次冻融方法成功构建了具有垂直微米通道和离子选择特性纳米通道分级结构的高效抗盐太阳能蒸发器。得益于表面修饰磺酸根和独特的分级微纳结构特性，伞状的蒸发器可以有效地减少热对流损失并降低水的蒸发焓。在一个标准太阳光条件下，蒸发器的净水速度和能量利用效率分别高达3.68 kg m-2 h-1和91.1%。更重要的是，通过水伏流动电势监测证明具有高表面电势的纳米通道内存在着交叠双电层，赋予纳米通道离子选择性。结合微米通道良好的水输运能力，蒸发器显示了出色的抗盐特性，可以在海水条件下长时间（>96 h）保持大于90%的工作效率。 该工作协同利用通道尺寸效应和表面特性制备兼具高速净水能力和高抗盐能力的太阳能蒸发器，同时也为蒸发驱动的水伏产电器件提供了创新的构建思路和应用场景。上述成果近期以题为“A highly efficient and durable solar evaporator based on hierarchical ion-selective nanostructures”发表在EcoMat上（EcoMat. 2022，e12289.），中国科学院苏州纳米所李连辉博士后为论文第一作者，张珽研究员为通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。 原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/eom2.12289
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  • 《苏州纳米所李清文、勇振中等合作CEJ：电磁屏蔽性能优异的多功能钴镍负载石墨烯/碳纳米管泡沫》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2022-12-30
    • 　随着科学技术的迅猛发展,电磁辐射污染问题越来越受到人们的重视和关注。电磁屏蔽技术在电磁辐射污染控制方面发挥重要的作用，开发具有优异电磁屏蔽性能的电磁屏蔽材料是实现有效电磁屏蔽的关键。目前，传统电磁屏蔽材料在低密度、高电导率、高力学性能、隔热性能和阻燃性能等方面存在不足，难以满足未来高科技时代的实际应用要求，研制先进的多功能电磁屏蔽材料已成为一种发展趋势。因此，开发适用于不同应用环境的多功能电磁干扰屏蔽材料具有重要的应用价值。 　　近期，中国科学院苏州纳米所李清文团队采用定向冷冻干燥和水热工艺相结合的策略制备了具有定向孔结构的多功能钴镍负载石墨烯/碳纳米管泡沫（NiCo@RSF）。其中，定向孔结构的孔壁由RGO和SWNTs均匀混合形成的“钢筋混凝土”结构组成，NiCo纳米颗粒均匀地负载在RSF骨架上。得益于RGO和SWNTs形成的三维导电网络的介电损耗作用、NiCo磁性纳米粒子的磁损耗作用和定向孔结构产生的电磁波在限域空间的多重反射吸收，所制备的NiCo@RSF在X波段的电磁屏蔽性能高达105 dB，SSE/t可达18711 dB？cm-2 g-1。同时，NiCo@RSF还表现出优异的隔热和阻燃性能，呈现出多功能特性。该研究工作为轻量化碳基电磁屏蔽材料的设计提供了有效指导。 　 　相关工作以Multifunctional NiCo@RGO/SWNTs foam with oriented pore structure for excellent electromagnetic interference shielding为题发表在Chemical Engineering Journal上。论文第一作者是中国科学院苏州纳米所博士生傅慧丽，通讯作者为中国科学院苏州纳米所勇振中项目研究员、西安科技大学余盈荧副教授和中国科学院苏州纳米所李清文研究员，该工作得到国家自然科学基金、江西省科技计划项目等项目资助。
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