近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所熱控功能材料團(tuán)隊(duì)，在柔性ZrO2/ZrB2/C納米纖維氈研究方面取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)成功合成了超低熱導(dǎo)率柔性納米纖維氈(1100 ℃下熱導(dǎo)率為 0.016 W?m-1?K-1)，并實(shí)現(xiàn)了高效的電磁波吸收(反射損耗為?-54 dB，帶寬為 3.1 GHz)。相關(guān)成果以“Flexible ZrO2/ZrB2/C nanofiber felt with enhanced microwave?absorption and ultralow thermal conductivity”為題發(fā)表在國際期刊Journal of Materiomics?(J. Materiomics, 11, 4, 10098(2025))上。
 

　　隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，電磁波吸收材料在隱身技術(shù)、電磁屏蔽和通信噪聲衰減等領(lǐng)域的需求日益增長。特別是在航空航天領(lǐng)域，理想的電磁波吸收材料不僅需要具備高效的微波吸收能力，還需具備輕質(zhì)、寬頻帶吸收和良好的環(huán)境穩(wěn)定性。然而，現(xiàn)有的碳基材料雖然具有低密度、可調(diào)節(jié)的導(dǎo)電性和優(yōu)異的機(jī)械性能，但其在阻抗匹配、有效帶寬和極端環(huán)境的適應(yīng)性上仍需進(jìn)一步改善，這限制了它在極端熱環(huán)境中的應(yīng)用。
 

　　為此，固體所研究人員基于靜電紡絲和高溫?zé)峤庀嘟Y(jié)合的方法，成功將ZrO2和ZrB2納米顆粒原位生長在碳納米纖維表面，制備出了一種兼具低熱導(dǎo)和高效電磁波吸收的柔性ZrO2/ZrB2/C納米纖維氈。在該研究中，研究人員針對(duì)純碳纖維因?qū)щ娦赃^高導(dǎo)致阻抗失配、電磁波反射過強(qiáng)的問題，通過引入ZrO2/ZrB2介電材料增加界面數(shù)量以增強(qiáng)介電損耗，使反射損耗達(dá) -54 dB 且吸收帶寬達(dá) 3.1 GHz，有效提升了電磁波吸收性能。此外，通過對(duì)該復(fù)合材料的功函數(shù)計(jì)算證明了ZrO2/ZrB2的引入會(huì)促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移進(jìn)而強(qiáng)化界面極化機(jī)制，并利用遠(yuǎn)場仿真驗(yàn)證了ZrO2/ZrB2/C納米纖維氈的雷達(dá)隱身性能，證實(shí)其可使理想電導(dǎo)體的雷達(dá)散射信號(hào)最小化。值得注意的是，該材料兼具優(yōu)異隔熱性能，其多異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)形成高效熱傳導(dǎo)屏障，結(jié)合材料高熱輻射特性，在1100 ℃?下熱導(dǎo)率低至 0.016 W?m-1?K-1。這項(xiàng)研究闡明了ZrO2/ZrB2/C納米纖維氈的制備策略，以及其在電磁波吸收和隔熱方面的應(yīng)用，為適合在復(fù)雜和極端環(huán)境中用作多功能電磁波吸收材料的設(shè)計(jì)開辟了新途徑。
 

　　上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省科技重大專項(xiàng)、合肥物質(zhì)院院長基金等項(xiàng)目的支持。
 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmat.2024.100988
 

　　圖1.(a-d)不同ZrO2、ZrB2負(fù)載量的四組樣品在厚度分別為1 mm至5 mm的三維反射損耗圖；(e-h)不同ZrO2、ZrB2負(fù)載量的四組樣品在特定氈體厚度下的反射損耗圖；(i-l)四組樣品的模擬厚度和峰值頻率之間的相關(guān)性。
 

圖2.?ZrO2/ZrB2/C納米纖維氈的電磁波吸收機(jī)理圖。
 

　　圖3.(a)花瓣在厚度為8 mm的ZrO2/ZrB2/C纖維氈上被酒精燈加熱前后的光學(xué)圖片；(b)纖維氈在超過500 ℃的穩(wěn)定熱板上的紅外熱圖像；(c)纖維氈的熱導(dǎo)率與溫度的函數(shù)；(d) ZrO2/ZrB2/C納米纖維氈的紅外隱身性能。