採用簡便易行的冷凍注射方法，製備了由纖維素納米纖維和銀納米線組成的仿生細胞微結構的超輕、高柔性生物高分子氣凝膠。
通過調節凝固方式，調節微結構與宏觀力學性能和 EMI (EMI)屏蔽性能之間的關係，成功地製備了層狀、蜂窩狀和隨機多孔支架。
圖1.（a）CNF製備過程的示意圖，（b）CNF分散液的照片顯示了典型的廷德爾效應，（c）所製備CNF的AFM圖像，以及（d）TEM照片顯示了它們之間的良好吸引力 CNF和Ag NW以及CNF在Ag NW上的附著力。 對於CNF / Ag NW分散體和相應氣凝膠的SEM圖像，各種冷凍方法中冰晶生長的示意圖：（e-g）雙向，（h-j）單向和（k-m）均勻/隨機冷凍。 （n）氣凝膠在6.2 mg / cm3的密度下具有超輕和靈活的性能（可彎曲性，可扭曲性和可滾動性）。 （o）演示各種密度的（從上到下）10.0 mg / cm3、3.9 mg / cm3、2.0 mg / cm3和1.7 mg / cm3的大面積層狀多孔生物聚合物氣凝膠（插圖為大面積氣凝膠） 密度為2.0 mg / cm3（通過靜電力保持）。
結合原位壓縮產生的屏蔽轉變和建築單元的可控含量，優化後的片狀多孔生物高分子氣凝膠可以顯示出很高的 EMI 屏蔽效能，在 x 波段可達70ー40db，而密度僅為6.2 mg / cm3或1.7 mg / cm3。
相應的標準化表面比 SE (定義為 SE 除以材料密度和厚度)高達178235 dB cm2 / g，遠遠超過迄今報導的屏蔽材料。 抗菌性和疏水性也顯示出擴大了生物高分子雜化氣凝膠的通用性和應用潛力。
具有可仿生的層狀，蜂窩狀和微米級隨機孔的超輕型生物聚合物氣凝膠是基於可再生的CNF和Ag NW，以冰為模板的冷凍澆鑄工藝生產的。 發現多孔支架具有高導電性，並顯示出可控制的密度以及優異的機械強度和柔韌性。
比較了具有各種細胞微結構的氣凝膠，以及壓縮引起的氣凝膠屏蔽轉化行為，以評估孔結構在這些材料的機械和EMI屏蔽性能中所起的關鍵作用。 發現層狀多孔支架的超高EMI屏蔽性能。該結果歸因於從大規模對準獲得的增強的多重反射
21層細胞壁以及CNF和Ag NW雜化細胞壁產生的高吸收和反射能力。 通過輕鬆調節Ag NW和CNF的比例，孔隙率和樣品厚度，可以在非常寬的範圍內控制支架的EMI屏蔽效率。
該氣凝膠即使在0.050至0.014 vol％的低Ag NW體積含量下也表現出較大的厚度歸一化SE / d值，優於其他報導的導電聚合物複合材料。 在6.2至1.7 mg / cm3的密度下，EMI SE可以達到70.5至40.6 dB的值，這是在相似厚度下具有相當SE的屏蔽材料中報告的最低密度。
層狀多孔支架的SSE和SSE / d分別達到23888 dB·cm3 / g和178235 dB·cm2 / g，遠遠超過其他屏蔽材料。 此外，已證明由表面改性產生的高抗菌性和顯著的疏水性，擴展了這些生物聚合物氣凝膠的多功能性和應用領域。
CNF / Ag NW混合氣凝膠通過有效利用資源以可持續的方式結合了可擴展的製造工藝以及對微觀和宏觀結構的便捷控制，從而實現了輕便，靈活和超高EMI屏蔽材料的實現，並有望實現各種屏蔽 應用程式。
Publication Date:February 28, 2020
doi：10.1021/acsnano.9b07452