【仪表网 研发快讯】近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所热控功能材料团队，在柔性ZrO2/ZrB2/C纳米纤维毡研究方面取得新进展。该团队成功合成了超低热导率柔性纳米纤维毡(1100 ℃下热导率为 0.016 W⸳m-1⸳K-1)，并实现了高效的电磁波吸收(反射损耗为 -54 dB，带宽为 3.1 GHz)。相关成果以“Flexible ZrO2/ZrB2/C nanofiber felt with enhanced microwave absorption and ultralow thermal conductivity”为题发表在国际期刊Journal of Materiomics (J. Materiomics, 11, 4, 10098(2025))上。
随着现代科技的飞速发展，电磁波吸收材料在隐身技术、电磁屏蔽和通信噪声衰减等领域的需求日益增长。特别是在航空航天领域，理想的电磁波吸收材料不仅需要具备高效的微波吸收能力，还需具备轻质、宽频带吸收和良好的环境稳定性。然而，现有的碳基材料虽然具有低密度、可调节的导电性和优异的机械性能，但其在阻抗匹配、有效带宽和极端环境的适应性上仍需进一步改善，这限制了它在极端热环境中的应用。
为此，固体所研究人员基于静电纺丝和高温热解相结合的方法，成功将ZrO2和ZrB2纳米颗粒原位生长在碳纳米纤维表面，制备出了一种兼具低热导和高效电磁波吸收的柔性ZrO2/ZrB2/C纳米纤维毡。在该研究中，研究人员针对纯碳纤维因导电性过高导致阻抗失配、电磁波反射过强的问题，通过引入ZrO2/ZrB2介电材料增加界面数量以增强介电损耗，使反射损耗达 -54 dB 且吸收带宽达 3.1 GHz，有效提升了电磁波吸收性能。此外，通过对该复合材料的功函数计算证明了ZrO2/ZrB2的引入会促进电子转移进而强化界面极化机制，并利用远场仿真验证了ZrO2/ZrB2/C纳米纤维毡的雷达隐身性能，证实其可使理想电导体的雷达散射信号最小化。值得注意的是，该材料兼具优异隔热性能，其多异质界面结构形成高效热传导屏障，结合材料高热辐射特性，在1100 ℃ 下热导率低至 0.016 W⸳m-1⸳K-1。这项研究阐明了ZrO2/ZrB2/C纳米纤维毡的制备策略，以及其在电磁波吸收和隔热方面的应用，为适合在复杂和极端环境中用作多功能电磁波吸收材料的设计开辟了新途径。
上述工作得到了国家自然科学基金、安徽省科技重大专项、合肥物质院院长基金等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmat.2024.100988
图1.(a-d)不同ZrO2、ZrB2负载量的四组样品在厚度分别为1 mm至5 mm的三维反射损耗图；(e-h)不同ZrO2、ZrB2负载量的四组样品在特定毡体厚度下的反射损耗图；(i-l)四组样品的模拟厚度和峰值频率之间的相关性。
图2. ZrO2/ZrB2/C纳米纤维毡的电磁波吸收机理图。
图3.(a)花瓣在厚度为8 mm的ZrO2/ZrB2/C纤维毡上被酒精灯加热前后的光学图片；(b)纤维毡在超过500 ℃的稳定热板上的红外热图像；(c)纤维毡的热导率与温度的函数；(d) ZrO2/ZrB2/C纳米纤维毡的红外隐身性能。
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