新加坡国立大学开发出轻质灵活的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着现代城市的公共健康。虽然材料正在被开发，但缺乏简单的解决方案来同时解决这两种类型的噪声。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，研究开发了灵活和超轻的（15mg cm-3）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被堆叠在一起，形成可压缩的多层结构。通过优化梯度阻抗，SA可以在X和Ku波段（8.2至18GHz）实现低反射系数（R<0.02）的电磁干扰（EMI）屏蔽。此外，该气凝胶在1000至6000赫兹的范围内表现出出色的吸音性能（平均吸音系数大于90%）。此外，气凝胶还显示出低的导热性能约0.026 Wm-1 K-1，这意味着它是一个潜在的热绝缘体。有了这样出色的性能和便捷的制造，SA有望成为一种有前途的建筑材料，应用于建筑表面，以满足减少噪音和节约能源的需求。通过使用多层纤维气凝胶来实现多种功能的策略也可以应用于其他天然纤维。

图1、（a）丝源碳纤维气凝胶（SA）的制备示意图。（b）用SA-670和SA-1500封闭的两个电路的红色LED亮度示意图。（c）轻质SA在打印纸条上的数码照片。（d） SA-670的侧视图和顶视图SEM图像。（e）切割成不同形状的SA数码照片和（f）在弯曲和扭曲测试下的样品。

新加坡国立大学开发出轻质灵活的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

新加坡国立大学开发出轻质灵活的丝纤维衍生的碳纤维气凝胶

图3、 SA的压缩性能

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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6、 SA的吸声特性

新加坡国立大学开发出轻质灵活的丝纤维衍生的碳纤维气凝胶

图7、（a）雷达图，显示我们的工作（SA）与其他电磁和声学噪音缓解材料的性能比较。（b）我们的SA材料在建筑物电磁和声学噪声抑制方面的应用图。

小结

综上所述，本文开发了一种轻质灵活的丝纤维衍生碳纤维气凝胶（SA）。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，从而产生宽带低反射EMI屏蔽功能。此外，SA在宽频带内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音问题（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真丝来降低材料成本，以促进工业应用的大规模生产。

文献：