《J. Mater. Chem. C》：具有多层级阻抗梯度结构的聚酰亚胺基石墨烯复合泡沫的微波吸收性能研究

Polyimide-based graphene composite foams with hierarchical impedance gradient for efficient electromagnetic absorption

Lei Pu, Shuangshuang Li, Yawei Zhang, Haiyan Zhu, Wei Fan, Piming Ma, Weifu Dong, Zicheng Wang*, Tianxi Liu*

Journal of Materials Chemistry C, 2021, DOI: 10.1039/D0TC04951D.

随着信息技术的迅猛发展，电磁辐射已经成为一种严重的环境污染源，不仅会影响电子设备的正常运作，而且危害人类健康。因此，在电磁污染防护和雷达隐身领域，迫切需要开发出兼具吸收能力强和吸收频带宽的高性能微波吸收材料。近些年来，碳泡沫材料以其多孔结构和优异的导电性能而被广泛应用于电磁吸收领域。然而，目前多孔碳材料吸波性能研究却很少涉及进入到泡沫骨架结构的电磁波的耗散行为研究。因此，构建多层级阻抗梯度骨架结构对探索多孔碳材料的微波吸收性能具有重要意义。

鉴于此，江南大学纳米复合与能源材料研究中心以聚酰亚胺（PI）泡沫为一级骨架结构，采用分级真空浸渍工艺负载不同浓度比的氧化石墨烯（GO）/聚酰胺酸混合物（第二级）以及氧化石墨烯（第三级），经冷冻干燥及热处理等技术制备具有多级结构的聚酰亚胺基石墨烯复合泡沫。该制备过程简单易操作，绿色环保，且所制备的聚酰亚胺基石墨烯复合泡沫具有结构稳定、收缩率低、热稳定性高等优点。在保持优异隔热和热稳定性能的同时能够实现对入射电磁波的有效吸收，且具有较宽的频带宽度，极大拓宽了聚酰亚胺泡沫的应用范围。当复合泡沫的厚度为4.0 mm时，其在10.39 GHz处出现最小反射损耗值（-32.87 dB），即微波吸收效率高于99.9 %，性能远优于商用微波吸收材料（-10 dB）。同时，有效吸收带宽达到6.22 GHz（8.26-14.48 GHz），可有效覆盖X和K_u波段电磁波。此外，还可通过改变石墨烯/聚酰亚胺（GP）的填充比例来进一步优化骨架结构的阻抗梯度，进而实现复合泡沫材料微波吸收性能可控调节，使其有望成为一种具有明显竞争优势的高效微波吸收材料。

三级复合泡沫的电磁波（EMW）吸收机理图以及PI-GP_1/3-rGO的反射损耗图。