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随着科技的进步和信息化社会的高度发展,电磁波的威胁随处可见,小到人体健康,大到国防安全,已经成为社会密切关注的问题,因此电磁防护材料的需求也日益增加。吸波材料和电磁屏蔽材料正是应对电磁污染的两大武器,其中吸波材料面临着损耗峰过于集中、可应用频率窄等诸多窘境,。在该论文中,利用模板法制备了空腔可调的碳包铁空心磁性微球,用作吸收频率和带宽可调型的轻质空心磁性微球吸波剂。三维导电网络因其质轻、多孔和优异的导电性能,在电磁屏蔽领域引起了人们的广泛关注。同时,二维过渡金属碳/氮化物(MXene)的二维片层结构和出众的电学性质使其在制备高效的电磁屏蔽材料方面展现出极大的潜力和竞争力。但由于MXene表面的官能团种类、片层大小以及较弱的纳米片层间作用力的限制,MXene难以单独组装成轻质且稳固的三维结构。因此,我们基于MXene纳米片和酸化碳纳米管的协同作用构建了超轻的MXene/CNTs多功能电磁屏蔽气凝胶。并且这种MXene基气凝胶凭借稳固和高导电的定向三维多孔结构获得了优异的可压缩回弹性、电磁屏蔽效能和隔热效果。主要研究内容如下:(1)通过硬模板法合成空腔可调的碳包铁空心磁性微球(Fe@C HS)及其吸波性能研究:合成了三种高度规整但粒径不同的聚苯乙烯(PS)微球作为硬模板,之后通过在其表面依次包覆氢氧化铁纳米晶和聚多巴胺纳米层,最后通过高温退火得到了三种空腔大小不同的Fe@C HS。微波吸收性能及吸收频率明显依赖于空腔的大小。更为重要的是,具有最大空腔的Fe@C HS-780的有效吸收频率宽度可达7.5 GHz,最大反射损耗可达-37.7 dB。这些出色的性能不仅归因于介电和磁损耗的良好协同效应,而且还得益于空心结构带来的衰减能力增加和阻抗匹配改善。这项工作可以为设计和制造具有可调吸收峰值频率和带宽的高性能微波吸收器提供了一种有效的方法。(2)超轻、可压缩回弹和电磁屏蔽的MXene/CNTs气凝胶:基于MXene纳米片和酸化碳纳米管(CNTs)之间的协同作用,借助定向冷冻并辅以冷冻干燥的方法,构建超轻的MXene/CNTs气凝胶(MCA)。MXene纳米片构建多孔框架结构,酸化CNTs通过氢键和范德华力作用对MXene进行搭接、串联,进而增强网络,从而赋予轻质的MCA压缩回弹性,使得气凝胶在压缩过程中仍可以保持高的导电率和较小的电阻变化。将此气凝胶与石蜡复合制备导电纳米复合材料,在极低的填料量(0.295 vol%)下在X波段可获得约45 dB优异的电磁屏蔽性能。此外,该气凝胶由于高度多孔结构和极低的密度,具有优异的隔热效果,MCA-1的隔热效果明显优于商业化的密胺树脂泡沫和发泡聚苯乙烯。得益于无机体系,MCA在液氮和300℃的管式炉中仍可以压缩回弹,展现出应对极端环境的巨大潜力。