智能电磁设备快速推进智能时代的到来，它们将万物互联，在方便生活和工作的同时，也带了电磁污染、信息安全等问题，对国民的生命健康和国家的战略安全造成威胁。高性能电磁波吸收材料是避免电磁波侵害的首选，然而，常规电磁波吸收材料存在吸波频段窄、难以在高温环境中应用等问题。
近期研究表明，通过将一维纳米材料组装成三维网络结构，利用纳米材料的大比表面积和大量的表面悬键，以及三维网络结构对电磁波的多重反射和散射，可显著增加电磁损耗。同时，通过在吸波材料中引入透波相，可提高吸波材料与环境的阻抗匹配，进一步增强对电磁波的吸收。陶瓷气凝胶是一种具有丰富三维网络结构的材料，具有优异的高温稳定性和超低的密度，成为下一代高温吸波材料的理想选择。然而，单一的陶瓷气凝胶面临着衰减性能低的挑战。
为此，西安交通大学王红洁教授团队借鉴仿生龙虾壳层状结构对机械能量的衰减机制，以纸状SiC和Si3N4气凝胶为基本构筑单元，进行交替多层透波/吸波结构设计，构筑具有优异室温/高温吸波性能和超低密度的复合气凝胶：一方面利用透波材料降低材料与环境的阻抗，另一方面利用透波/吸波交替结构将电磁波限制在材料内部，并将其损耗，起到“关门打狗”的效果，最终获得低介电、高损耗的高性能陶瓷气凝胶吸波材料。此外，该材料还具有陶瓷气凝胶的优异隔热性能。
该研究成果以“Alternating Multilayered Si3N4/SiC Aerogels for Broadband and High-Temperature Electromagnetic Wave Absorption up to 1000 °C”为题近日在国际知名期刊ACS Appl. Mater. Interfaces上在线发表。西安交通大学材料学院博士生蔡志新为论文第一作者，苏磊助理教授和王红洁教授为共同通讯作者。此外，西安交通大学材料学院本科生陶丽婷共同参与了此项工作。
近年来，西安交通大学王红洁课题组在硅基陶瓷气凝胶研究方面取得一系列进展，相关研究已发表在Sci. Adv. 6, eaay6689(2020)；ACS Nano 12, 3103 (2018)；ACS Appl. Mater. Interfaces,12, 8555(2020)；ACS Appl. Mater. Interfaces, 11, 45338(2019)；ACS Appl. Mater. Interfaces, 11, 15759(2019)上。这一系列工作得到国家自然科学基金、陕西省科技创新团队支持计划项目的资助。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c02906
