80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

搜索：  
北航王廣勝教授團(tuán)隊(duì)連發(fā) Adv. Mater./Angew：在雷達(dá)-太赫茲-紅外兼容寬頻全向隱身領(lǐng)域發(fā)表重要成果
2025-02-02  來(lái)源：高分子科技

  隨著現(xiàn)代探測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達(dá)、太赫茲和紅外等多波段探測(cè)手段的應(yīng)用日益廣泛，如何實(shí)現(xiàn)多波段兼容隱身已成為材料科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。北航王廣勝團(tuán)隊(duì)接連在國(guó)際頂級(jí)期刊Angew和Adv. Mater.發(fā)表研究成果，分別從多波段兼容隱身材料和仿生結(jié)構(gòu)構(gòu)筑全向太赫茲響應(yīng)材料的角度，展示材料設(shè)計(jì)的前沿進(jìn)展。這兩項(xiàng)研究不僅在理論上取得了重要進(jìn)展，還為未來(lái)的軍事隱身、通信技術(shù)和電磁防護(hù)提供新思路。


Adv. Mater.：仿蝴蝶無(wú)序孔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全向太赫茲響應(yīng)的新突破！


  太赫茲技術(shù)作為本世紀(jì)最有前途的顛覆性技術(shù)之一，在高速通信、量子信息、生物醫(yī)學(xué)、雷達(dá)隱身等領(lǐng)域激發(fā)了眾多需求。高功效、高靈敏度的強(qiáng)場(chǎng)太赫茲光源及探測(cè)器等對(duì)功能化太赫茲波吸收/屏蔽材料提出更高的要求。然而，基于色散特性的傳統(tǒng)吸波材料存在明顯的角度依賴(lài)性，嚴(yán)重制約實(shí)際應(yīng)用性，尤其限制全向?qū)掝l隱身技術(shù)發(fā)展。自然界中生物體經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)年的進(jìn)化，發(fā)展出許多令人驚嘆的結(jié)構(gòu)和功能。蝴蝶翅膀的獨(dú)特微結(jié)構(gòu)有效地捕捉和操控光線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)偽裝、信號(hào)傳遞和溫度調(diào)節(jié)；其中，位置無(wú)序是實(shí)現(xiàn)角度不敏感性的關(guān)鍵因素，通過(guò)增強(qiáng)角散射和衍射來(lái)降低角度和偏振敏感性。


  為了上述問(wèn)題，北京航空航天大學(xué)王廣勝課題組聯(lián)合吳曉君課題組模仿紅珠鳳蝶黑翅膀的無(wú)序微孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)電磁模擬優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)參數(shù)并成功開(kāi)發(fā)出全向太赫茲波響應(yīng)特性的仿生無(wú)序孔氣凝膠。定向冰模板法制備的無(wú)序微孔氣凝膠獲得優(yōu)異的電磁屏蔽效能和反射損耗分別達(dá)到70.32 dB和43.02 dB，實(shí)現(xiàn)入射角不敏感（15°~ 60°）特性。無(wú)序多孔腔（徑向）可視為諧振群以產(chǎn)生強(qiáng)耦合和多次反射效應(yīng)，而定向管道（軸向）作為導(dǎo)波系統(tǒng)，通過(guò)結(jié)構(gòu)取向調(diào)制實(shí)現(xiàn)垂直通道模式和平面反射模式之間切換。經(jīng)聚二甲基硅氧烷封裝后，氣凝膠在保留輕質(zhì)多孔的同時(shí)明顯改善了力學(xué)性能、疏水以及抗氧化性，為惡劣環(huán)境中的紅外-太赫茲-微波波段電磁防護(hù)提供潛在的應(yīng)用價(jià)值。該研究成果以題為“Bioinspired Disordered Aerogel for Omnidirectional Terahertz Response”的論文發(fā)表在《Advanced Materials》上。



【仿生多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化】


  全向太赫茲響應(yīng)特性主要依賴(lài)于其亞波長(zhǎng)多孔結(jié)構(gòu)及其位置無(wú)序度、孔壁導(dǎo)電性。受蝴蝶翅膀中微孔結(jié)構(gòu)與可見(jiàn)光吸收特性的啟發(fā)，作者通過(guò)電磁仿真模擬深入了解太赫茲波與無(wú)序/周期多孔結(jié)構(gòu)的電磁損耗行為，進(jìn)而優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)參數(shù)。仿真結(jié)果表明：無(wú)序孔相比周期孔結(jié)構(gòu)降低了入射波對(duì)局域模式的依賴(lài)；無(wú)序微孔陣列引導(dǎo)太赫茲波沿側(cè)壁傳播，在腔內(nèi)激發(fā)更多共振響應(yīng)，從而表現(xiàn)出明顯拓寬的S11。以S11峰為目標(biāo)函數(shù)，確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)為孔壁厚度為3~4 μm，孔長(zhǎng)為175 μm。


圖1. 蝴蝶翅膀的微觀(guān)結(jié)構(gòu)以及周期性/無(wú)序性孔結(jié)構(gòu)的電磁仿真模擬。


【MXene/CMC氣凝膠的制備】


  在最優(yōu)孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的指導(dǎo)下，作者以Ti3C2Tx MXene為剛性支撐，羧甲基纖維素（CMC）為“納米膠”，采用定向和雙向冰模板法分別制備無(wú)序性和周期性孔結(jié)構(gòu)的氣凝膠。雙重交聯(lián)機(jī)制確保穩(wěn)定形成蜂窩狀的無(wú)序多孔結(jié)構(gòu)和橋間層狀的長(zhǎng)程有序孔結(jié)構(gòu)。MC氣凝膠的壁厚集中分布在2.5~4.0 μm，孔徑呈現(xiàn)出幾十到幾百微米的狹長(zhǎng)孔徑，成功復(fù)刻最佳尺寸的仿蝴蝶微觀(guān)多孔結(jié)構(gòu)。正如我們所期待的，無(wú)序孔結(jié)構(gòu)的MC氣凝膠比周期孔結(jié)構(gòu)氣凝膠具有更優(yōu)異的太赫茲吸波性能。并且定向冰模板法更有利于制備出各種形狀以及大尺寸材料（~22.0 cm）。


圖2. MC復(fù)合氣凝膠的制備與結(jié)構(gòu)表征。


【太赫茲響應(yīng)性能及機(jī)理分析】


  MC復(fù)合氣凝膠的太赫茲屏蔽和吸波性能明顯依賴(lài)Ti3C2Tx MXene含量，其電磁屏蔽性能高達(dá)70.32 dB，并在整個(gè)頻率范圍內(nèi)均大于60 dB；最大反射損耗值為43.02 dB。在Ti3C2Tx MXene含量較低時(shí)，軸向排列的管狀結(jié)構(gòu)具有太赫茲波強(qiáng)響應(yīng)行為；隨Ti3C2Tx MXene含量的增加，徑向多孔結(jié)構(gòu)逐漸觸發(fā)孔腔共振效應(yīng)，最后轉(zhuǎn)為反射主導(dǎo)性。仿真結(jié)果表明電磁能量損耗主要取決于導(dǎo)電孔壁以及腔體結(jié)構(gòu)單元之間的強(qiáng)耦合和多重反射效應(yīng)。調(diào)節(jié)各向異性氣凝膠的結(jié)構(gòu)取向可以誘導(dǎo)切換共振效應(yīng)的“垂直通道”模式和反射效應(yīng)的“平板反射”模式。梯度阻抗MC-6-0.5氣凝膠集太赫茲屏蔽與吸波性能于一體，避免二次輻射污染并在0.64-1.50 THz滿(mǎn)足優(yōu)秀綠色電磁干擾屏蔽標(biāo)準(zhǔn)（gs＞9）。尤其是，MC-6和MC-6-0.5氣凝膠均對(duì)入射角度不敏感，極大地拓展了實(shí)際應(yīng)用前景。


圖3. 無(wú)序孔結(jié)構(gòu)氣凝膠的太赫茲響應(yīng)特性。


圖4. 梯度阻抗復(fù)合氣凝膠的綠色電磁屏蔽效能及全向吸波機(jī)理。


  得益于多孔結(jié)構(gòu)的良好隔熱性能和MXene賦予的低紅外發(fā)射率，復(fù)合氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)和紅外發(fā)射率僅為0.03294 W/m·K和0.344，展示出優(yōu)異的紅外隱身性能。經(jīng)PDMS封裝處理后，MCP-6氣凝膠的孔隙度略有降低，約為78.09%（MC氣凝膠的孔隙度為94.45%）。在50%壓縮應(yīng)變下，MCP-6的最大應(yīng)力可達(dá)51.78 kPa，相較MC-6（僅為6.63 kPa）提高了780%；并且氣凝膠由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>疏水性，水接觸角為115.05°，為其抗氧化性提供了有利條件。總之，MC氣凝膠兼備紅外隱身性、疏水性和力學(xué)性能、微波吸收性能、全向太赫茲波屏蔽-吸收性能，將更有利于滿(mǎn)足各種復(fù)雜電磁環(huán)境的要求。


圖5. MC氣凝膠的多功能性。


  總結(jié)：作者提出基于無(wú)序孔誘導(dǎo)的全向太赫茲響應(yīng)及取向調(diào)節(jié)策略，通過(guò)電磁仿真模擬優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)參數(shù)并采用定向冰模板法制備出無(wú)序孔結(jié)構(gòu)氣凝膠，實(shí)現(xiàn)廣角太赫茲屏蔽-吸收、微波吸收、紅外隱身、疏水和抗壓性。這項(xiàng)研究不僅為全向吸波材料的設(shè)計(jì)提供了新的思路，還展示了仿生設(shè)計(jì)策略在電磁偽裝與隱身裝置中的巨大潛力。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202418889


Angew：用于雷達(dá)-紅外-太赫茲多波段電磁隱身銀納米線(xiàn)/碳納米線(xiàn)纜氣凝膠


  開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)高性能、多頻譜兼容的電磁隱身材料，尤其是在微波、紅外、太赫茲波段，是解決當(dāng)前多樣化復(fù)雜的電磁污染、減少電磁干擾的重要保障。單一材料組分或結(jié)構(gòu)難以同時(shí)滿(mǎn)足不同電磁波頻段隱身的需求。氣凝膠材料由于材料選擇多樣化，結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可滿(mǎn)足不同頻率下隱身的電磁響應(yīng)需求，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)多頻譜兼容隱身的理想材料。


  近日，北京航空航天大學(xué)王廣勝教授團(tuán)隊(duì)采用跨尺度多級(jí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)策略，將銀納米線(xiàn)與聚乙烯醇原位交聯(lián)、限域熱解后得到規(guī)則的納米線(xiàn)纜輕質(zhì)氣凝膠材料（銀納米線(xiàn)@碳，AgNW@C）。該設(shè)計(jì)巧妙結(jié)合了電耦合異質(zhì)界面效應(yīng)、銀納米線(xiàn)低紅外發(fā)射率的本征特性以及氣凝膠結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的優(yōu)異隔熱性能。實(shí)現(xiàn)了在微波、紅外、太赫茲波段多個(gè)波段出色的電磁隱身性能。相關(guān)工作以“Radar-Terahertz-Infrared Compatible Stealth Coaxial Silver nanowire@Carbon Nano-Cable Aerogel”為題發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊Angewandte Chemie International Edition上。



【多層級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備】


  精選的材料和精細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可產(chǎn)生、增強(qiáng)異質(zhì)界面電耦合效應(yīng)和空間共振效應(yīng)，從而減小多頻譜兼容隱形材料在不同波段電磁特性的差異性。因此，通過(guò)有規(guī)律地組裝不同功能單元和設(shè)計(jì)制備多尺度結(jié)構(gòu)材料，為突破多頻譜兼容隱形的限制提供了可能性。在這方面，具有多孔結(jié)構(gòu)和可集成不同材料體系的氣凝膠復(fù)合材料為實(shí)現(xiàn)雷達(dá)-太赫茲-紅外線(xiàn)多光譜兼容隱身提供了可行性。


  作者提出的前驅(qū)體銀納米線(xiàn)@聚乙烯醇（AgNW@PVA）由水熱反應(yīng)制備而成。通常情況下，PVA 鏈只有在超過(guò)250°C的高溫下才能交聯(lián)，而非本研究中的160°C低溫下也能交聯(lián)。這是由于銀離子在水熱過(guò)程中與PVA發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致氫原子從PVA上的羥基上脫離，從而在PVA鏈之間形成醚基，促進(jìn)PVA的交聯(lián)，同時(shí)Ag離子則被還原成Ag原子和銀納米粒子，在氧化還原過(guò)程中發(fā)揮著催化劑的關(guān)鍵作用。PVA可作為穩(wěn)定劑和定向生長(zhǎng)劑，鈍化銀顆粒的某些結(jié)晶表面。銀顆粒沿著特定的非鈍化晶面生長(zhǎng)，形成AgNW，而AgNW作為支撐骨架與交聯(lián)的PVA鏈纏繞在一起，從而形成了同軸納米結(jié)構(gòu)的AgNW@PVA前驅(qū)體。PVA的外殼厚度由水熱反應(yīng)時(shí)間決定，AgNW@PVA氣凝膠的宏觀(guān)尺寸取決于反應(yīng)器的尺寸。在限域熱解過(guò)程中，PVA外殼轉(zhuǎn)化為外碳層，且提供保護(hù)層，防止AgNW的氧化，限域熱解后，仍然保持了原有的規(guī)則的同軸納米線(xiàn)纜結(jié)構(gòu)。作者對(duì)合成的AgNW@C進(jìn)行了表征，可以觀(guān)測(cè)到均一規(guī)則的一維納米線(xiàn)纜結(jié)構(gòu)。該氣凝膠由規(guī)則的同軸納米線(xiàn)纜組成，銀納米線(xiàn)為核心組分，多相雜化碳為外層組分。SEM、TEM和相關(guān)的譜學(xué)表征等證明該材料實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)的組分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。


圖1. AgNW@C氣凝膠的合成過(guò)程（A），AgNW@PVA和AgNW@C-9的低倍SEM照片（B-C），AgNW@PVA和AgNW@C-9的高倍SEM照片（D-E），AgNW@PVA和AgNW@C-9的TEM照片（F-G），AgNW@PVA和AgNW@C-9的元素分布Mapping照片（H-I）。


【微波、紅外、太赫茲多頻譜兼容隱身性能及機(jī)理分析】


  AgNW@C氣凝膠材料體系表現(xiàn)出組分-結(jié)構(gòu)協(xié)同的性能增強(qiáng)效應(yīng)，銀納米線(xiàn)有利于反射紅外信號(hào)，同時(shí)大量的異質(zhì)界面和氣凝膠中大量的孔隙有利于阻隔熱傳導(dǎo)和促進(jìn)微波-太赫茲電磁波損耗與吸收。微波段的最佳反射損耗超過(guò)-60 dB，最佳有效吸收帶寬8.8 GHz；大氣窗口的平均紅外發(fā)射率低至0.28，熱導(dǎo)率低至0.034 W/m×K。在0.2-2.0 THz頻率范圍內(nèi)太赫茲屏蔽性能也超過(guò)60 dB。開(kāi)爾文探針力顯微鏡和COMSOL多物理場(chǎng)電磁仿真模擬表明該結(jié)構(gòu)中的異質(zhì)界面對(duì)于不同波段的電磁波具有顯著增強(qiáng)的界面極化效用，有利于微波和太赫茲波段的損耗和吸收。此外，該AgNW@C氣凝膠材料還表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和輕質(zhì)特性，密度低至4 mg/cm3。


圖2. AgNW@C氣凝膠的微波吸收性能（A-C），太赫茲波段隱身性能（D-E），紅外波段隱身性能（F-G），開(kāi)爾文探針力顯微鏡照片（I-J），功率損耗電磁仿真模擬（K），兼容隱身機(jī)理示意圖（L）。


  總結(jié)：作者根據(jù)不同波段電磁隱身的材料電磁特性需求，采用了液相原位交聯(lián)、限域熱解的方法合成了超輕的AgNW@C氣凝膠材料，實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)的組成和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最終，該AgNW@C氣凝膠材料體系在雷達(dá)-紅外-太赫茲波段電磁兼容隱身方面表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能。這些突出的多頻譜隱形特性使該氣凝膠具有廣泛的軍、民應(yīng)用前景，該工作為解決多頻譜隱身材料應(yīng)用中的固有問(wèn)題提供了一種新策略。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202421090
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容由中國(guó)聚合物網(wǎng)收集互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀(guān)點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：info@polymer.cn。未經(jīng)本網(wǎng)同意不得全文轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。
（責(zé)任編輯：xu）
【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】

誠(chéng)邀關(guān)注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞