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導熱吸波一體化材料的研究進展

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來源:復合材料學報

作者:蘇蒸棠,陳 飛,周致君,陳 剛,蔡葦,符春林
原文:DOI:10.13801/j.cnki.fhclxb.20231115.002

要:5G 通信中電磁污染尤為嚴重,吸波材料可有效的吸收和衰減電磁波,將電磁能轉換為熱能的形式散失掉, 已被廣泛應用于航天航空、軍事設施以及電子通信等領域。然而,電子設備的小型化、集成化與高頻化使得電子設備無法及時將其產生的熱能耗散掉,從而影響設備的正常運行。因此,如何將導熱材料高效的應用于電磁波吸收成為了當前吸波領域研究的重點和熱點。基于此,本文綜述了不同種類的導熱材料在電磁波吸收中的應用及研究進展,首先按照組成成分介紹了導熱材料的種類,并詳細闡述了金屬材料、陶瓷材料、碳材料及其復合物和導熱高分子材料及其復合物的導熱機制,以及不同導熱材料在電磁波吸收中的作用機制與應用。最后對導熱吸波一體化材料未來的研究方向及推廣應用提出了見解。


關鍵詞:導熱材料;電磁波吸收;復合材料;熱導率;吸波性能


00 引言


隨著 5G 技術的快速發展,電磁波已廣泛應用于 軍事設施、醫療器械、航天航空以及電子通信等領域, 然而由此產生的電磁污染(電磁輻射與干擾)不僅會影響設備的正常運行,還會威脅人體的健康。目前, 減少或消除電磁污染常使用電磁屏蔽技術或吸波材料。傳統的電磁屏蔽技術主要是利用屏蔽體表面將電磁波反射,然而由此產生的二次反射波會造成二次污染,不能完全消除電磁污染,從而影響設備的正常使 用。與之相比,吸波材料通過吸收電磁波將其轉化為 熱能耗散掉,從而減少或削弱電磁輻射及電磁干擾 (如圖 1),是消除電磁污染最為有效的方法,已成為當前研究及應用的熱點之一。

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圖1 電磁波吸收機制示意圖

為達到理想的吸波效果,吸波材料應滿足兩個基本要求:(1)具有良好的阻抗匹配特性,以保證入射電磁波能夠順利地進 入吸波材料內部而不會在表面發生反射。(2)對電磁波的衰減能力強,能快速將進入吸波材料的電磁波最大可能轉換成熱能耗散掉。評估材料的吸波性能,可以采用反射損耗 RL 和 RL< -10 dB 的有效吸收帶寬等指標進行綜合評價。然而,吸波材料在吸收電磁波過程中會產生大量的熱,由于電子設備內空間狹小,無法及時將廢熱傳導至設備外部,導致電子產品性能下降甚至設備失效。因此,在解決電磁污染的同時,散熱問題也不容忽視。如何在保證材料具有良好吸波性能的條件下, 有效地提高其導熱性能成為了當前電子設備應用的關鍵問題。而導熱材料用于發熱源和散熱器之間,依靠電子、聲子、光子等微觀粒子的相互作用和碰撞, 借助傳導、對流和輻射三種方式進行熱量傳遞,是提高電子元器件散熱的有效方法。若將導熱材料應 用于電磁波吸收中,能夠有效解決電子設備的散熱以 及電磁污染等問題。目前,應用于電磁波吸收的導熱材料的導熱性能指標為熱導率(λ)>1.5 W/(m·K)。 根據組成成分的不同,可將導熱材料分為金屬材料、 陶瓷材料、碳材料及其復合物和導熱高分子材料及其復合物。因此,本文綜述了不同種類的導熱材料在電磁波吸收中的應用研究進展,并對導熱吸波一體化材料未來的研究發展方向提出展望


01 金屬材料


金屬材料具有較高的導熱和導電性能,是最早使 用的導熱材料之一,在高功率電子器件散熱、吸波材 料散熱等領域得到了廣泛應用。常見的金屬材料包括 銀、銅、鎳、鐵等金屬及其合金,熱導率一般在 10- 400 W/(m·K)之間金屬材料的導熱過程主要依 靠自由電子的運動以及晶格振動傳導。由于金屬中的 電子不受束縛,在電場的驅動下能夠自由運動,從而 傳遞熱能,因此,電子傳導是金屬導熱的主要機制。如圖 2 所示,價電子通過自由運動形成電子流,將熱 量從一個金屬原子傳遞至另一個金屬原子,從而實現 金屬材料的導熱

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圖 2 自由電子在金屬材料中的導熱過程

而對于過渡金屬、稀土金屬以 及合金,晶格振動也是其導熱的另一重要機制。根據 量子理論,將晶格振動的能量量子化并稱為聲子,因 此其熱傳導過程是通過聲子間的相互作用和碰撞來 實現的。而溫度、晶體結構、晶格缺陷等會對聲子產 生散射作用,從而降低其熱導率。金屬材料良好的熱導率和電導率使其在電磁波 吸收應用中備受重視。其中,金屬銀的熱導率在常溫 下為 429 W/(m·K),是導熱性能最好的材料之一。研究者們通過在吸波材料表面鍍銀,不僅能形成導電 網絡通路,提高其介電損耗;還可以增強界面極化, 提高其衰減常數和阻抗匹配,從而增強其吸波性能。Liu 等過水熱法在多孔碳(PC)表面和內部鍍上 金屬銀顆粒。如圖 3 所示,純 PC 的吸波性能(RL > -10 dB)比 Ag/PC 復合材料(厚度(D)為 1.8 mm,在 11.56 GHz 處,RLmin = -35.4 dB)差。Tang 等通過 在聚乳酸表面鍍 Ag 層,結果表明,僅含 0.44 vol% Ag 的金屬化界面復合材料具有-43.3 dB 的反射損耗值, 較不含 Ag 層的復合材料(-32.1 dB)高出 35%。


相比于金屬銀,金屬銅不僅具有高熱導率(λ = 400 W/(m·K))和電導率(σ = 5.96 × 107 S/m), 并且其易加工、價格低廉的特點,在電磁波吸收的應 用受到了廣泛關注。其吸波機制主要為介電損耗,即 在外加磁場的作用下,金屬內部的自由電子發生定向 移動產生感應電流,從而克服金屬材料內部固有電阻 產生的焦耳熱來消耗電磁波能量。Yang 等采用 熔鹽法合成了 C/ZnS/Cu 復合材料。銅作為導電中心 與碳構成導電體系,同時,ZnS、C 和 Cu 之間的異質 結構促進了極化弛豫效應。結果表明,C/ZnS/Cu 復合 材料的最小反射損耗值可達-63.6 dB,有效吸收帶寬 (EAB)為 6.48 GHz。


與銀、銅等導電金屬的應用不同,磁性金屬(鐵、 鎳、鈷等及其合金)在外加磁場下發生磁化和反磁化 過程,并通過渦流損耗和共振吸收來衰減電磁波能量 并將其轉換為熱能,從而達到電磁波吸收效果。Yang 等研究發現,均勻分布在多孔碳中的鎳納米 顆粒,能夠促進磁耦合網絡的形成,提高了材料的磁 損耗,從而使其吸波性能得到提升。當鎳納米顆粒含量為 5 wt%時,厚度為 2.5 mm,在 5.5 GHz 處,其反 射損耗最?。?72.4 dB)。Shi 等采用浸漬燒結法將 Co 納米顆粒分散在碳納米纖維(CNF)上制備了 Co/CNF 復合材料,并通過濃度梯度調控 Co 的含量 來提升材料的導熱性能和吸波性能。結果表明,當 Co 濃度為 0.1 mol/L 時,厚度為 2.1 mm,在 11.44 GHz 處,其 RLmin = -53.0 dB、λ = 0.49 W/(m·K)。Wang  等成功合成了雙金屬 CoNi 合金的多孔碳多面體,并以聚偏氟乙烯(PVDF)為基體,制備 Co2Ni1/C/PVDF 復合材料,研究表明,碳材料與磁性金屬的復合優化 了阻抗匹配,使得材料具有優異的吸波性能(當 Co2Ni1/C 含量為 5 wt%時,厚度為 3 mm,在 10.8 GHz 處,其 RLmin = -52.0 dB)。然而磁性金屬密度大、導 電性能差的缺點限制其在電磁波吸收領域的應用。因 此,研究者們將導電金屬與磁性金屬同時應用于電磁 波吸收中,利用導電金屬的介電損耗以及磁性金屬的 磁損耗的協同作用,提高材料的吸波效果。例如, Sun 等采用高溫煅燒法制備 Co/Cu/CrN/CNTs 復合 材料,通過引入 Co/Cu/CrN 組分的協同效應,改善了 材料的吸波性能(厚度為 2.6 mm,在 7.2 GHz 處,其 RLmin = -53.58 dB)。Sun 等在 Ag 納米顆粒和 Co 納 米顆粒的表面包裹被氮摻雜的碳,制備具有多相異質 結構的 Ag@NC-Co@NC 復合材料。結果表明,在 Ag/Co 含量為 40 wt%下,厚度為 3.2 mm,其 RLmin = -57.6 dB,有效吸收帶寬為 5.8 GHz。


02 陶瓷材料


高導熱陶瓷材料一般以氧化物、氮化物、碳化物、 硼化物為主,具有熔點高、抗腐蝕性強、硬度大等特點,廣泛應用于高溫、耐腐蝕等領域。此外,陶瓷材料還具有高結晶度,良好的化學穩定性和高溫穩定性等特點,容易形成高速振動的晶格和大量的自由電子,有利于熱量的傳導,為其在電磁波吸收的應用 提供了一定的基礎。目前,常用的陶瓷導熱材料有氧化鋁陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等。在電磁波吸收的應用中,陶瓷材料主要通過介電損耗(主要為傳導損耗和極化損耗)來將電磁波能量 轉化為熱能。此外,鐵氧體和其他含有磁性金屬的陶 瓷材料還具有磁損耗(主要為磁滯損耗和渦流損耗)。并且,陶瓷材料內部存在多種電子和晶體缺陷, 能夠產生多重反射和散射效應。通過合理調控陶瓷材料的晶粒取向、缺陷密度、材料厚度等因素,可以有效減少電磁波的二次反射,提高材料的吸波性能。研究發現,添加一定量的氧化鋁陶瓷可以改善材料的阻抗失配,促進對電磁波的反射和散射,從而提高吸 波性能。Xing等以 Al2 O3為核,聚吡咯(PPy) 為殼制備 Al2O3/PPy 復合材料。結果表明,厚度為 2.5 mm,在 11.52 GHz 處,其反射損耗最小(-65.8 dB)。


相比于單一的氧化鋁陶瓷,多種陶瓷材料的復合 可以擁有更寬的吸波頻帶和更高的導熱性能,使其在 惡劣的環境下具有更大的適用性。Zhen 等以硅橡 膠(SR)為基體,Al2O3與ZnO 為導熱材料,Fe
(CO)5為吸波材料制備 Al2O3/ZnO/Fe(CO)5/SR 復合材料。

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圖 4 Al2O3/ZnO/Fe(CO)5/SR 復合材料的(a)熱導率;吸波性能:(b)反射損耗;(c)有效損耗帶寬。其中,只含有 Fe(CO)5的復合材 料為 AM;只含有 Al2O3與 ZnO(質量比為 1:1)的復合材料為 TC;同時含有 Al2O3、ZnO 和 Fe(CO)5的復合材料,質量比分別為 1:2、1:1 和 2:1,被標記為 TA-1、TA-2 和 TA-3

如圖4所示,隨著Al2O3與 ZnO 含量的增加,材料的 λ 從 1.43 W/(m·K)提高至 3.61 W/(m·K);RLmin 則逐漸 降低至-16.8 dB。Shao 等制備了(1-x)Al2O3-xTiC 復 合材料并研究其吸波性能。結果表明,當 x = 0.2,厚 度為 1.6 mm 時,在 10.18 GHz 處,RLmin = -21.77 dB。Yang 等制備了 SiCf /SiC-Al2O3復合材料并研究其在25 ~ 700 ℃下的吸波性能。結果表明,300 ℃時, 在 10.9 GHz 處,RL = -41.71dB;400 ℃時,在 10.0 GHz 處,RL = -22.76 dB。由此可見,碳化硅陶瓷具有 良好的介電性能以及優異的熱穩定性和化學穩定性 等優點,能夠應用于高溫環境下的電磁波吸收。


為了提高碳化硅陶瓷在高溫下的吸波性能。研究者們將具有優良機械性能與高溫穩定性的透波材料 Si3N4 與 SiC 進行復合制備 Si3N4-SiC 陶瓷。Zhang 等采用泡沫凝膠注模法制備了 Si3N4-SiC 陶瓷,研究 溫度對其吸波性能的影響。室溫下,厚度為 3.8 mm, 在 8.35GHz 處,其 RLmin = -59.2 dB。隨著溫度的升高,Si3N4-SiC 陶瓷的吸波性能有所下降,但是其RLmin 仍低于-10dB。Zhou 等研究了 Si3N4-SiC 陶瓷在 25 ~ 800 ℃的吸波性能。如圖 5 所示,SiC 含量為10 wt%, 在 10.51 GHz 處,其反射損耗最?。?31.8 dB)。

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圖 5 SiC 納米纖維改性的 Si3N4 陶瓷在頻率上的反射損耗。

此外, 碳化硅陶瓷具有良好的導熱性能,能夠幫助材料快速 散熱,從而減小因溫度上升對電磁波吸收性能不利的 影響。Zang 等研究了不同含量的 SiC 對 Si3N4-SiC 陶瓷的導熱性能的影響。結果表明,在室溫下,SiC 含量為35wt%時,復合材料的熱導率最高,為 63.01 W/(m·K)。當溫度升高至 300 ℃時,仍然具有 36.02 W/(m·K)的熱導率。由此可見,高溫下的 Si3N4-SiC 陶 瓷具有良好的吸波性能和導熱性能。


不僅如此,SiC 還能制備成三維多孔結構,與其 它結構相比,構筑多孔的導通結構能夠實現材料導熱 性能和吸波性能的大幅度提升。Pan 等采用冰模 板法制備了碳化硅納米線(m-SiC NWs)/氮化硼(m-BN)纖維素氣凝膠,如圖 6 所示。

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圖 6 CA/m-SiC NWs/m-BN/EP 復合材料導熱與電磁波吸收機制示意圖

三維多孔網絡結構 能夠構筑導熱通路,有利于聲子的轉移,最大程度的 減少界面熱阻,使得材料具有優異的導熱性能(λ = 2.21 W/(m·K));而在電磁波吸收的應用中,m-SiC NWs/m-BN 三維多孔結構能夠增加對入射電磁波的 多重散射和衰減作用,從而提升材料的吸波性能 (RLmin = -21.5 dB)。近年來,多孔結構的氮化硼納米 片(BNNS)不僅具有高熱穩定性和高熱導率的優點, 還能提高材料的界面極化和阻抗匹配,具有廣泛的應 用前景。Bai 等通過原位生長方法成功合成了 HO-BNNS@Fe3O4復合材料。結果表明,厚度為 2 mm, 在 8.64 GHz 下,其 RLmin 為-45.31 dB、熱導率為 1.75 W/(m·K)。


03 碳材料及其復合物


碳材料具有高熱導率和良好的吸波性能,因此在 電磁波吸收領域中表現出了極大的應用潛力。碳導熱材料包括碳納米管、石墨烯和碳纖維等,其高導熱性能主要由晶格振動來實現。如圖 7 所示,在晶格振動中,縱向聲子沿著晶格方向傳播,其能量傳遞的速度非???,是主要的導熱載體;而橫向聲子的振動方向 則垂直于傳導方向,導熱能力較弱。理論上,碳納米管熱導率為 6600 W/(m·K),石墨烯的熱導率 為 3000-5000 W/(m·K),是已知材料中熱導率最高的兩種碳材料。

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圖 7 碳材料的導熱機制

此外,碳材料主要通過介電損耗(主要為傳導損耗和極化損耗)來衰減電磁波,由于具有高比表面積、高介電常數和優異的導熱性和導電性,被廣泛用于高頻電磁波吸收材料的制備(如圖 8 所示)。 

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圖 8 碳納米結構及其復合材料在高頻電磁波吸收中的應用

然而,純碳材料過高的電導率反而會使其阻抗失配, 不利于電磁波的吸收。因此,研究者們通過將碳材料與其他材料進行復合構建核殼、多孔、中空、多層、 花狀等特殊結構來調節吸波材料的阻抗匹配和界面 極化,從而增強其介電損耗,提升材料的吸波性能。Zhao 等以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為碳前驅體, 采用靜電紡絲法制備了 CeO2/N-C纖維。研究表明, CeO2/N-C 纖維三維網狀結構以及 CeO2與N-C 的協同作用增強了材料的界面極化,使其表現出優異的電磁波吸收性能(厚度為 2.5 mm,在 8.16 GHz 處,其 RLmin 為-42.59 dB)。Yang 等通過碳化和水熱法合 成了具有中空結構的碳纖維(PCF)-CoFe2O4(CFO) 納米顆粒復合材料,如圖 9 所示,厚度為 2.0 mm 時, 其 RLmin = -57.8 dB,有效吸收帶寬為 5.9 GHz。Qiu 等使用 MOFs 作為模板,制備了空心花狀的鎳碳復合 材料。結果表明,在 3.0 mm 厚度下,RLmin = -59.38 dB,有效吸收帶寬為 5.22 GHz。

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圖 9 (a)樣品的 α 和(d) Z 值;(b) PCF7-CFO(1.5 和 2.0 mm)的 RL、(e) α 和 Z 值;PCF7-CF 的(c) RL 值和(f)四分之一波長厚度

目前大部分的研究仍集中在導熱材料或電磁波 吸收材料的單一功能上。通常情況下,晶體缺陷、晶粒尺寸、導熱填料的含量對吸波和導熱性能的改善作用是相反的,難以實現吸波性能和導熱性能的同步提升。因此,協同改善材料的導熱性能和吸波性能是目前研究的關鍵。研究者們通過化學修飾、界面調控、構筑三維多孔或花狀多孔結構等方式來提升材料的導熱和吸波性能。Xing 等采用一步熱解法制備 了 2D 碳纖維網絡(2D ICFNs),并通過調節熱解溫度來調控其孔隙率、缺陷及電學性能,進而研究 2D ICFNs 的導熱和吸波性能。研究表明,當熱解溫度為 900 ℃時,2D ICFNs 具有優異的電磁波吸收(厚度為 2.8 mm,在 9.12 GHz 處,其 RLmin = -44.66 dB)和高熱導率(λ = 2.69-2.93 W/(m·K))。Tong 等成功合成了金屬氧化物、磁性材料與碳材料復合材料,結果如表 2 所示。金屬氧化物、磁性材料與碳材料的復合 不僅能夠改善復合材料的磁損耗、介電損耗和阻抗匹配,從而提升其吸波性能。同時還能創建有效的聲子 /電子傳輸路徑,形成導熱通路,使得復合材料具有良好的導熱性能。

表 2 金屬氧化物/磁性材料/碳材料復合材料的吸波性能和導熱性能

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04 導熱高分子材料及其復合物


有機高分子材料由于具有重量輕、易加工、低成 本等特點受到廣泛關注。其導熱機理(如圖 10(a)所示)主要基于聲子的傳導,包括聲子間碰撞散射、聲子與材料表面之間的相互作用等。

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圖 10 有機高分子材料導熱機制圖:(a)純高分子材料;(b)有改善鏈取向的高分子材料;(c)填充有具有熱導性的填料的高分子材料

然而高分子材料的熱導率容易受其形態結構的影響。當無定形區域占主導地位時,會引起聲子的散射,形成界面熱阻,使其導熱性能相對較差,大約為 0.1-0.5 W/(m·K)。為了改善高分子材料的導熱性能,研究者們通過改變高分子材料的分子結構以形成高度有序排列的晶體結 構來減少聲子散射從而提高其熱導率(如圖 10(b))。Li 等采用化學交聯法合成了液晶聚硅氧烷彈性體 的熱導率(0.83 W/(m·K))高于介生單體和聚乙烯(0.46-0.51 W/(m·K))。Yang 等合成了基于聯苯向列型單元的側鏈液晶環氧樹脂(S-LCE),并通過硫醇 -環氧親核開環反應和涂覆方法制備了液晶環氧薄膜 (LCEF),使其導熱性能得到提升,即 LCEF 的垂直 方向(⊥)和平行方向(//)的熱導率分別為 0.33 W/(m·K)和 1.25 W/(m·K),遠高于常規雙酚A環氧樹脂(⊥為 0.19 W/(m·K)、//為 0.65 W/(m·K))。Li 等通過溶液澆注和熱壓法將聚乙烯醇(PVA)和液晶單體(LCM)制備成聚合物分散液晶(PDLC)薄膜, 結果表明,當 LCM 的質量分數為 35 wt%時,PDLC 薄膜的平面熱導率顯著增加至 1.41 W/(m·K),約為純 PVA(0.13 W/(m·K))的 10.8 倍。


此外,研究者們還通過在高分子基體中添加金屬、 陶瓷、碳材料等高導熱填料來形成導熱通路(如圖 10-c),制備出各種具有高導熱性能的高分子復合材料。Avia 等將石墨烯納米片與氮化硼納米片添加于 環氧樹脂(EP)中,得到的復合材料的熱導率為 16 W/(m·K),較純 EP(0.2 W/(m·K))提高了 8000%。Jiang 等將聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(PGMA)接枝到 h-BN 的表面上,并以 h-BN-PGMA 作為導熱填料 添加于 EP 中,使其熱導率提高了 505%。復合材料熱 導率的提升是由于填料的高導熱性能促使熱能沿著 填料之間的接觸點或傳導鏈進行傳遞;并且有機高分 子基質多樣的結構(有序的鏈狀結構、共軛結構、拓 撲結構)可以提高電子和聲子的傳導,形成有效的導 熱通路,從而促進熱量傳遞。而在電磁波吸收的應用中,有機高分子材料復雜 有序的拓撲結構能夠提供多重界面,當電磁波入射到 材料表面時,界面上的分子或離子受到電場的作用而 發生定向移動,引起電磁波能量的轉換和衰減。Cui 等采用 CO2 輔助技術制備具有異質結構的 GN/Ni/PVDF 多孔復合材料。通過引入導電和磁性組 分,增強了材料的介電損耗和磁性損耗,并且三維網 絡結構能夠優化阻抗匹配,有利于電磁波的多次散射, 從而提升其吸波性能:厚度為 3.00 mm,RL<-10 dB 可 覆蓋整個Ku波段(18-26.5 GHz)。Wu 等[91]以磁性Fe3O4為核,PPy 為殼制備了 Fe3O4@PPy 復合材料, 具有優異的吸波性能(厚度為 2.00 mm,在 13.3 GHz 處,RLmin = -41.9 dB)。近年來,研究者們通過將有機 高分子與其他導熱或吸波填料進行復合,研究其形態、 結構和分布來促進材料導熱和吸波性能的提升。Fan 等研究具有中空微孔多面體結構的雙氰胺(g-C3N4) @Fe@C 復合材料。如圖11所示,g-C3N4和Fe@C 的 協同作用,不僅有助于形成界面極化,改善阻抗匹配;還能形成高效導熱的聲子傳輸路徑。從而提升了材料的吸波性能(RL=-41.18 ~ -51.62 dB)和導熱性能(λ=1.81 W/(m·K))。

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圖11(a)通過鹽模板法合成 g-C3N4 HMPs 和(b)通過 Fe(CO)5的熱解合成 g-C3N4@Fe@C HMPs 以及 g-C3N4@Fe@C 復合材料(c) 導熱與(d)吸波機制示意圖

Yang 等通過簡單的溶液混合和 真空冷凍干燥工藝制備了具有優異導熱性能(λ = 4.649 W/(m·K))和吸波性能(RLmin = -41.2 dB)的 GN/PPy/Al2O3三元氣凝膠。Qian 等采用靜電自組裝的方法,在三維蜂窩狀甲基氰胺碳泡沫(MDCF) 表面上包覆 h-BN,并將其浸入EP中合成 MDCF@hBN/EP 復合材料。MDCF@h-BN 之間的協同效應極 大地提高了 EP 的電磁波吸收性能(厚度為 3.00 mm, 在 9.36 GHz 處,RLmin = -52.77 dB)和熱導率(λ = 0.99)。綜上所述,導熱材料在電磁波吸收領域中發揮著 重要作用,不同種類的導熱材料在電磁波吸收中具有 不同的應用特點,如表 3 所示。


04 結束語


將不同類型的導熱材料應用于電磁波吸收中,利用材料的協同互補作用并通過調控其形貌、結構、分布可同時提高復合材料的導熱和吸波性能。盡管導熱材料在電磁波吸收應用方面已取得長足的進步,但其研究及應用仍存在功能化單一、應用較窄等諸多的不 足,導熱吸波一體化材料的研究應用拓展可從以下三方面進行開展: 


(1)多功能化:未來的研究將關注開發多功能化 (疏水性、抗振動性、抗輻射性、高溫穩定性和耐久 性)的導熱材料,以適應苛刻環境中的電磁波吸收需求。與此同時,還需大力開發具有自適應性能和自修復能力的導熱吸波材料。使得材料能夠根據環境溫度或電磁波頻率自動調節其導熱性能和吸波性能,以及在材料受損后恢復其性能與形狀,提升材料的使用壽命。 


(2)可持續發展:當前的導熱材料在電磁波吸收 的應用主要依賴于復合材料和納米材料的合成,然而造成了能量的大量損耗和環境污染。未來研究工作需 要進一步探索導熱吸波材料的可持續性和環保性。以綠色化學合成、生物合成、可再生材料為基礎,通過開發大規模、低成本的制備技術,從而減少對環境的影響,是導熱吸波一體化材料發展的重要方向。 


(3)應用拓展:導熱吸波材料在電子、航天航空、 軍事、醫療等領域已取得了重要進展,未來將進一步拓展到其他領域。研究者們可通過研究導熱吸波材料在不同物理場(如溫度場、光場、電場、風場、流場、 聲場等)的相互作用機制和耦合效應,探索其在能量轉換與集成領域中的應用;以及結合人工智能的應用, 利用智能模擬計算和數據分析,實現更高效、快速的材料設計和性能預測,從而將導熱吸波一體化材料應 用于更多領域中。

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