基于纤维素纳米纤维和导电纳米材料的太赫兹双折射仿生气凝胶!

生物聚合物气凝胶因其重量轻、可变的孔隙率、可控的微结构、可持续性和可再生等优点而受到学术界和工业界的广泛关注。将其与其他具有优异电学、热学和光学性能的纳米材料复合,有望引入更多功能性或进一步改善其性能,从而在保温、储能、传感器、电磁波吸收或屏蔽等方面具有巨大的应用潜力。

基于纤维素纳米纤维和导电纳米材料的太赫兹双折射仿生气凝胶!

瑞士联邦材料测试与开发研究所(EMPA)的Gustav Nyström和Elena Mavrona等人通过双向冷冻干燥方法,制备了一系列轻质的、基于纤维素纳米纤维(CNF)的薄层多孔生物聚合物气凝胶,其中嵌入了各种导电纳米材料,包括过渡金属碳化物(MXene)层,银纳米线(AgNWs)和碳纳米管(CNT)。该生物聚合物气凝胶展现出惊人的太赫兹(THz)双折射性,即使仅在6至20 mg / cm3的低密度下,THz双折射值也可达到0.09至0.27,可与大多数商用THz设备相媲美。该研究以题为“Terahertz Birefringent Biomimetic Aerogels Based on Cellulose Nanofibers and Conductive Nanomaterials”的论文发表在《ACS nano》上。

文章亮点:

(1)作者通过简单的双向冷冻干燥方法组装合成了仿生、层状和高度多孔的过渡金属碳化物(MXene)复合纤维素纳米纤维(CNF)气凝胶。该气凝胶具有大规模、平行定向的微米级孔隙和低密度(2.7–20 mg/cm3),并具有出色的机械强度、柔韧性以及可控的电学性能。

(2)该气凝胶在THz范围内具有异常高的双折射性。在0.4 THz时,双折射值可高达0.09-0.27,可与大多数商业THz双折射材料(例如液晶)相媲美。

(3)作者通过仿真和实验发现,该气凝胶在太赫兹状态下具有的良好双折射率源于CNF、导电纳米材料和层状孔微结构的协同作用。导电纳米材料的本征性质、纳米材料的含量、孔隙率和层状多孔结构对THz参数,如对仿生生物聚合物气凝胶的吸收率和双折射率等有很大影响。

总之,该太赫兹双折射仿生生物聚合物气凝胶为开发基于轻质、独立、低成本、多孔结构的太赫兹器件提供了新的思路。

原文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c00856

相关文章

微信