生物聚合物氣凝膠因其重量輕、可變的孔隙率、可控的微結(jié)構(gòu)、可持續(xù)性和可再生等優(yōu)點(diǎn)而受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。將其與其他具有優(yōu)異電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能的納米材料復(fù)合，有望引入更多功能性或進(jìn)一步改善其性能，從而在保溫、儲能、傳感器、電磁波吸收或屏蔽等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。
瑞士聯(lián)邦材料測試與開發(fā)研究所(EMPA)的Gustav Nystr?m和Elena Mavrona等人通過雙向冷凍干燥方法，制備了一系列輕質(zhì)的、基于纖維素納米纖維（CNF）的薄層多孔生物聚合物氣凝膠，其中嵌入了各種導(dǎo)電納米材料，包括過渡金屬碳化物（MXene）層，銀納米線（AgNWs）和碳納米管（CNT）。該生物聚合物氣凝膠展現(xiàn)出驚人的太赫茲（THz）雙折射性，即使僅在6至20 mg / cm3的低密度下，THz雙折射值也可達(dá)到0.09至0.27，可與大多數(shù)商用THz設(shè)備相媲美。該研究以題為“Terahertz Birefringent Biomimetic Aerogels Based on Cellulose Nanofibers and Conductive Nanomaterials”的論文發(fā)表在《ACS nano》上。
文章亮點(diǎn)：
（1）作者通過簡單的雙向冷凍干燥方法組裝合成了仿生、層狀和高度多孔的過渡金屬碳化物（MXene）復(fù)合纖維素納米纖維（CNF）氣凝膠。該氣凝膠具有大規(guī)模、平行定向的微米級孔隙和低密度（2.7–20 mg/cm3），并具有出色的機(jī)械強(qiáng)度、柔韌性以及可控的電學(xué)性能。
（2）該氣凝膠在THz范圍內(nèi)具有異常高的雙折射性。在0.4 THz時(shí)，雙折射值可高達(dá)0.09-0.27，可與大多數(shù)商業(yè)THz雙折射材料（例如液晶）相媲美。
（3）作者通過仿真和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該氣凝膠在太赫茲狀態(tài)下具有的良好雙折射率源于CNF、導(dǎo)電納米材料和層狀孔微結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。導(dǎo)電納米材料的本征性質(zhì)、納米材料的含量、孔隙率和層狀多孔結(jié)構(gòu)對THz參數(shù)，如對仿生生物聚合物氣凝膠的吸收率和雙折射率等有很大影響。
總之，該太赫茲雙折射仿生生物聚合物氣凝膠為開發(fā)基于輕質(zhì)、獨(dú)立、低成本、多孔結(jié)構(gòu)的太赫茲器件提供了新的思路。
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