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26号展品-柚子皮衍生碳气凝胶

 一、参赛作品概述

展品名称:柚子皮衍生碳气凝胶

材料类别:电磁功能材料

创作者名称:顾未华

所属学校:南京航空航天大学

参赛论文:Environmentally Friendly and Multifunctional Shaddock Peel-Based Carbon Aerogel for Thermal‑Insulation and Microwave Absorption

二、展品简介

1、展品简介/创新点: (1)采用冷冻干燥方法制备环保柚皮衍生碳气凝胶;(2)多种功能,如隔热、抗压和微波吸收,可集成到一种材料碳气凝胶中;(3)选择了新颖的计算机模拟技术策略,以模拟真实远场条件下显著的雷达截面缩减值。

2、性质:(1)隔热:当加热平台温度为70°C时,所制备碳气凝胶的上表面温度呈现缓慢上升趋势。(2)热红外隐身:热红外图像中样品表面的颜色与周围环境的颜色相似。(3)耐压缩:碳气凝胶的最大耐压缩强度为2.435kpa,具有良好的耐久性。(4)电磁吸波:柚皮基碳气凝胶的最小反射损失值(RLmin)为X波段的-29.50 dB。同时,有效吸收带宽为5.80GHz,厚度仅为1.7mm。(5)模拟仿真:当θ为0°时,可实现16.28 dB m2的最大雷达散射截面(RCS)减小值。

3、展品应用领域:多功能电磁吸波领域、隔热材料领域、热红外隐身领域

4、展品参数:

中文名

柚子皮衍生碳气凝胶

英文名

Shaddock Peel‑Based Carbon Aerogel

展品性状

轻质碳基气凝胶

密度

0.09 g cm−3

反射损耗

-29.50 dB

有效带宽

5.80GHz

RCS减小值

16.28 dB m2

耐压缩强度

2.435kPa

  

三、科研笔记

材满乾坤,电磁隐身

顾未华博士

怀揣航天报国梦想报考南航,2017年我进入了材料科学与技术学院姬广斌教授课题组,于2019年四月我正式成为了一名硕博连读生。由兴趣开始,有过尝试,有过失败,但庆幸的是不退缩、不放弃、勇往直前、坚持追梦的自己。

从入学迄今,我一直跟随姬广斌教授学习,涉及单一介电材料、单一磁性材料、介电材料/磁性介质复合物和轻质碳基气凝胶复合泡沫的制备,极化过程研究,磁损耗机理研究等。此外,我以第一作者身份发表SCI论文八篇,申请专利四篇,主持江苏省科研创新计划项目一项,身体力行地为国防电磁隐身方向做出自己的贡献。起初我的研究方向主要是吸波涂层材料,包括采用两相金属盐共沉淀法制备了钴镍双氢氧化物衍生的磁性金属纳米颗粒,对其中的反应机理和产物的损耗机理进行了研究(Sci Rep. 2020, 10, 16044)采用静电纺丝法加后续煅烧处理制备了由锌基金属有机框架材料(MOFsZIF-8)衍生的ZnO/C纳米纤维,在此工作中研究了介孔结构对介电极化和极化驰豫的深入研究(J. Alloys Compd. 2019, 806, 983-991);依据吉布斯自由能理论计算得到Fe3O4Fe3C的相转化温度,再借助水热法和高温退火热处理制备了由铁基金属有机框架材料(MOFsMIL-53)衍生的Fe3O4@CFe3C@C纳米颗粒(Inorg. Chem. Front. 2020, 7, 1667-1675)采用溶胶-凝胶法和牺牲模板法制备了嵌入二维多孔碳复合材料的Fe3N合金,研究了其磁损容量、极化衰减和阻抗匹配等机理(J. Mater. Sci. Technol. 2020, 67, 265-272)

但是,我发现这些吸波粉体材料存在一个尤为明显的遗憾,那就是它不能适应复杂应用环境需求,比方耐高温、热红外隐身,力学耐压缩。使用寿命长久性、传感性能等等。借助先进的冷冻干燥法和热处理制备了由柚子皮衍生的单一碳基气凝胶泡沫材料,采用计算机模拟仿真的方法模拟了该样品在实际场景中的有效应用情况(Nano-Micro Lett. 2021, 13, 102);采用溶剂热处理手段和后续的热处理在金属镍网上原位生长Co3O4纳米针,通过调控溶剂热温度控制其微观形貌并达到双峰、三峰损耗行为,有利于拓展带宽(ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 5543-5552)采用碱液预处理泡沫基体,再通过冰浴、陈化、煅烧等工艺成功制备了钴基金属有机框架材料(MOFs, ZIF-67)与三聚氰胺复合衍生的泡沫,在此我对其介电损耗机理和磁损耗机理譬如趋肤效应、界面极化以及snoek极限等进行了研究,我还对其多功能特性如隔热等并对其相应的热传导、热对流和热辐射机理进行了研究(ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 28727-28737)。这些网络基体的吸波材料不仅具有轻质特征,而且具体一定的力学优异性、隔热特性及灵敏的传感特性,有利于信息的传递。另外,为了进一步了解增强的碳基泡沫的相关信息,我对聚酰亚胺泡沫的制备方法的优缺点、相应的材料合成机理以及热学、力学、传感学、电磁学等多种功能和相应的机理模型做了深入的调研,并撰写了一篇综述论述(ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 48246-48258)

回首将近四年的求学探索之路,其实就是把谋生之道和乐生之道相结合,把当前奋斗和远大理想相结合,实现人生的不断超越。不忘航空报国之初心,研途牢筑电磁波隐身材料和器件研究之梦想,正是我厚植于心的追求。

 

 

 

 

 

 

 

 

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