新加坡国立大学：柔性和超轻丝纤维衍生的碳纤维气凝胶

成果简介

不断增加的电磁 (EM) 噪声和声学噪声正在威胁现代城市的公共健康。尽管正在开发材料，但缺乏同时解决这两种类型噪声的简单解决方案。本文，新加坡国立大学Yi Hou等研究人员在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Ultralight biomass-derived carbon fibre aerogels for electromagnetic and acoustic noise mitigation”的论文，研究开发了柔性和超轻丝纤维衍生的碳纤维气凝胶（SAs）。在不同温度下碳化的丝纤维垫堆叠在一起形成可压缩的多层结构。

通过优化梯度阻抗，SA可以实现低反射系数（R< 0.02) X 和 Ku 波段（8.2 至 18 GHz）中的电磁干扰 (EMI) 屏蔽。此外，SA 在 1000 至 6000 Hz 范围内表现出出色的吸声性能（平均吸声系数 > 90%）。此外，气凝胶还表现出约0.026 Wm -1 K -1的低热导率，这意味着潜在的热绝缘体。凭借如此出色的性能和简单的制造，SA有望成为一种很有前途的建筑材料，应用于建筑表面，以满足降噪和节能的需求。通过使用多层纤维气凝胶实现多种功能的策略也可以应用于其他天然纤维。

图1、丝衍生碳纤维气凝胶的制备与样本图示

新加坡国立大学：柔性和超轻丝纤维衍生的碳纤维气凝胶

图2、脱胶丝和SA的微观结构表征。

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图3、 SA的压缩特性。

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图4、 SA的隔热性能。

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图5 、SA样品的EMI屏蔽特性。

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图5 、SA的吸声特性

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图7、(a) 雷达图显示我们的工作 (SA) 与其他 EM 和声学噪声缓解材料的性能比较。(b) 本研究的 SA 材料用于建筑物的 EM 和声学噪声抑制的应用图。

小结

综上所述，通过上述方法开发了一种轻质且柔韧的丝纤维衍生碳纤维气凝胶（SA ）一个简单且可扩展的退火工艺，然后是分层结构设计。通过优化不同电导率的层排列，可以实现适当的阻抗匹配条件，从而实现宽带低反射 EMI 屏蔽特性。此外，SA 可以在宽频带中表现出出色的吸声性能。结合其低导热性，SA 可以作为一种多功能建筑材料来解决城市噪声问题（包括电磁噪声和声学噪声）并提高建筑物的能源效率。未来的工作可以通过用其他更便宜的生物质纤维代替丝绸来降低材料成本，以促进工业应用的大规模生产。

文献：