近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院固體物理研究所熱控功能材料團隊，在柔性ZrO2/ZrB2/C納米纖維氈研究方面取得新進展。該團隊成功合成了超低熱導率柔性納米纖維氈(1100 ℃下熱導率為 0.016 W?m-1?K-1)，并實現(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、電磁屏蔽和通信噪聲衰減等領域的需求日益增長。特別是在航空航天領域，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)的導電性和優(yōu)異的機械性能，但其在阻抗匹配、有效帶寬和極端環(huán)境的適應性上仍需進一步改善，這限制了它在極端熱環(huán)境中的應用。
 

　　為此，固體所研究人員基于靜電紡絲和高溫熱解相結合的方法，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，研究人員針對純碳纖維因?qū)щ娦赃^高導致阻抗失配、電磁波反射過強的問題，通過引入ZrO2/ZrB2介電材料增加界面數(shù)量以增強介電損耗，使反射損耗達 -54 dB 且吸收帶寬達 3.1 GHz，有效提升了電磁波吸收性能。此外，通過對該復合材料的功函數(shù)計算證明了ZrO2/ZrB2的引入會促進電子轉(zhuǎn)移進而強化界面極化機制，并利用遠場仿真驗證了ZrO2/ZrB2/C納米纖維氈的雷達隱身性能，證實其可使理想電導體的雷達散射信號最小化。值得注意的是，該材料兼具優(yōu)異隔熱性能，其多異質(zhì)界面結構形成高效熱傳導屏障，結合材料高熱輻射特性，在1100 ℃?下熱導率低至 0.016 W?m-1?K-1。這項研究闡明了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用，為適合在復雜和極端環(huán)境中用作多功能電磁波吸收材料的設計開辟了新途徑。
 

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

　　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性。
 

圖2.?ZrO2/ZrB2/C納米纖維氈的電磁波吸收機理圖。
 

　　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)纖維氈的熱導率與溫度的函數(shù)；(d) ZrO2/ZrB2/C納米纖維氈的紅外隱身性能。