Ambient-drying to construct unidirectional cellulose nanofibers/ carbon nanotubes aerogel with ultra-lightweight, robust, and superior microwave absorption performance

气凝胶 材料科学 碳纳米管 纳米纤维 微波食品加热 吸收(声学) 复合材料 反射损耗 纳米技术 复合数 量子力学 物理
作者
Zheng Huang,Rui Qin,Hao Zhang,Mingyi Guo,Dingyue Zhang,Caiqin Gao,Fan Gao,Xianchun Chen,Mauricio Terrones,Yanqing Wang
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:212: 118150-118150 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2023.118150
摘要

Microwave absorption materials (MAMs) with lightweight wide effective absorption band, superb mechanical performance, and capable of large-scale preparation are highly desirable for dealing with microwave pollution, but it is still a challenge to realize these performances simultaneously on one material. Herein, we report an ambient drying and non-chemical cross-linking way of preparing high-performance microwave absorption aerogels from cellulose nanofibers (CNF) and carbon nanotubes (CNT). Anisotropic aerogel pore walls with excellent mechanical properties can be constructed by unidirectional cycling freeze-thaw to cross-linking CNF and CNT. During this process, a sustainable bioinspired dual-networks interpenetrating strategy is constructed by benefiting from the mono-dispersion of CNF and CNT, thus enabling the creation of hybrid dual-networks of hydrophobic/hydrophilic nanofibers. Impressively, it is found that the dual-networks induced anisotropic aerogel structure and dense pore walls can synergistically result in favorable mechanical properties. In detail, aerogels with tunable ultralow densities (0.0262–0.0296 g cm−3), high mechanical properties (the stress of the sample reaches up to 329.8 kPa at 75% strain) and low shrinkage (∼10%) can be prepared. Besides, the aerogels behave a large-scale production future (diameter of aerogel up to 9.24 cm). The as-prepared aerogel delivers a remarkable minimal reflection loss (RLmin) of −60.22 dB at 13.012 GHz and a wide effective absorption bandwidth (EAB) from 2.163 to 18 GHz (15.84 GHz) at a thin thickness of 7.46 mm, which covers almost all the S, C, X, and Ku bands. This work provides a strategy to prepare lightweight and efficient microwave absorbers, as well as illustrates good impedance matching and moderate dielectric loss capability.
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