Um aerogel de nanofibras com múltiplas funções de absorção de ondas e isolamento térmico.
1. Introdução ao contexto
Com o avanço da tecnologia aeronáutica, aeronaves hipersônicas estão sendo cada vez mais desenvolvidas para aplicações militares. Os componentes das aeronaves são submetidos a altas temperaturas durante voos em altíssima velocidade. Simultaneamente, a tecnologia furtiva é crucial para evitar a detecção por radares inimigos. Portanto, o desenvolvimento de materiais multifuncionais com capacidades de atenuação de ondas eletromagnéticas e isolamento térmico é de grande importância para cientistas e engenheiros. Aerogéis são materiais porosos compostos por sólidos microporosos com uma fase gasosa. Sua estrutura de rede interconectada única exibe características significativas, como baixa densidade e grande área superficial específica, desempenhando um papel fundamental na atenuação de ondas eletromagnéticas e no isolamento térmico. Li e colaboradores prepararam um material de aerogel orgânico-inorgânico com consideráveis propriedades de atenuação de ondas eletromagnéticas e isolamento térmico. Liang et al. prepararam um aerogel híbrido combinando MXene e grafeno, obtendo resultados impressionantes. Apesar do desempenho notável desses aerogéis, sua tendência a colapsar em altas temperaturas dificulta suas aplicações práticas.
2. Uma Visão Geral das Conquistas
Recentemente, a equipe liderada por Zhang Liying, da Universidade Donghua, obteve avanços significativos na preparação de aerogéis de poliimida (PI) porosos com baixa contração volumétrica. Eles conseguiram controlar a estrutura hierárquica de poros dos aerogéis de nanofibras de poliimida (PINF) utilizando liofilização ultrassônica. A estrutura microporosa hierárquica é formada pela combinação de poros primários interconectados, resultantes da remoção de cristais de gelo da malha de PINF, e poros secundários na malha de nanofibras de poliimida (PNIF). A rede porosa 3D exclusiva do aerogel de nanofibras proporciona excelentes características de adaptação de impedância e aumenta as múltiplas reflexões e dispersões de ondas eletromagnéticas. Simultaneamente, grupos funcionais polares e defeitos no MXene induzem polarização dipolar, e a interface heterogênea entre PINF e MXene aumenta a polarização interfacial. Portanto, o aerogel MXene/PINF exibe um desempenho de absorção de micro-ondas altamente eficiente, apresentando uma perda de reflexão mínima de -37,9 dB e uma largura de banda de absorção efetiva (EAB) de 3,3 GHz. Além disso, o aerogel MXene/PINF também apresenta baixa condutividade térmica e excelente compressibilidade, tornando-o adequado para uso em ambientes de serviço especiais. Os resultados da pesquisa, intitulada "Uma estratégia para fabricar arquitetura microporosa hierárquica de aerogéis nanofibrosos de poliimida com absorção eficiente de ondas eletromagnéticas e isolamento térmico", foram publicados na revista 《Composites Part A》.
3. Guia Ilustrado
Figura 1. Diagrama esquemático do processo de preparação do aerogel MXene/PINF.
Figura 2. Imagens de MEV de (a, a') MXene/PINF-L, (b, b') MXene/PINF-M e (c, c') MXene/PINF-S; (d) Diagrama esquemático da estrutura microporosa multinível.
Figura 3. (a–c) Gráfico 3D, (a′–c′) gráfico de contorno RL 2D e (a″–c″) curvas de frequência RL para MXene/PINF-L, MXene/PINF-M e MXene/PINF-S em diferentes espessuras.
Figura 4. Mecanismo de absorção de ondas eletromagnéticas do aerogel MXene/PINF.
Figura 5. (a) Condutividade térmica do aerogel MXene/PINF à temperatura ambiente; (b) Imagem infravermelha do aerogel MXene/PINF; (c) Fotografia de um agapanto africano aquecido com uma chama de álcool; (d) Comparação das propriedades de isolamento térmico de diferentes aerogéis (ANF: nanofibras de aramida; NF: nanofibras; CS: quitosana; MT: montmorilonita; CNT: nanotubos de carbono; CNF: nanofibras de celulose).