【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院合肥物質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”為題發表在國際期刊Journal of Materiomics (J. Materiomics, 11, 4, 10098(2025))上。
 

　　隨著現代科技的飛速發展，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、寬頻帶吸收和良好的環境穩定性。然而，現有的碳基材料雖然具有低密度、可調節的導電性和優異的機械性能，但其在阻抗匹配、有效帶寬和極端環境的適應性上仍需進一步改善，這限制了它在極端熱環境中的應用。
 

　　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導電性過高導致阻抗失配、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計算證明了ZrO2/ZrB2的引入會促進電子轉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，該材料兼具優異隔熱性能，其多異質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 ℃的穩定熱板上的紅外熱圖像；(c)纖維氈的熱導率與溫度的函數；(d) ZrO2/ZrB2/C納米纖維氈的紅外隱身性能。