近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所熱控功能材料團(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)成果發(fā)表在國際期刊?Journal of Materiomics 上。
隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，電磁波吸收材料的需求日益增長。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，有效提升了電磁波吸收性能。此外，通過對該復(fù)合材料的功函數(shù)計(jì)算證明了ZrO2/ZrB2的引入會促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移進(jìn)而強(qiáng)化界面極化機(jī)制。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.（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。
