哈工大周玉院士团队黄小萧教授课题组为柔性电磁波吸收材料多场景应用开发提供新途径
哈工大全媒体（李双余黄小萧/文 黄小萧/图）近日，我校材料科学与工程学院周玉院士团队黄小萧教授课题组在柔性电磁波吸收材料研究中取得重要进展，为开发多场景应用的柔性电磁波吸收材料提供新途径。研究成果以《芳纶纳米纤维/石墨化多壁碳纳米管纤维组装的轻质柔性织物用于宽带电磁波吸收》（Lightweight and Flexible Fabric Assembled by ANF/GMWCNT Fibers for Broadband Electromagnetic Wave Absorption）为题发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
针对信息安全防御和个人健康保护的紧迫需求，先进材料开发在吸波性能指标上持续取得突破，但受固有特性和材料形式限制，其在应对复杂场景需求时存在局限性。因此，开发可同时解决设备隐身与个人防护等多场景应用的高效电磁波吸收材料成为挑战。
研究团队通过湿法纺丝-溶胶凝胶转化制备出一种芳纶纳米纤维/石墨化多壁碳纳米管复合纤维，并将纤维编织得到织物。芳纶纳米纤维经过质子化后，在石墨化多壁碳纳米管的阻隔作用下形成三维结构，作为纤维支撑骨架，其最佳拉伸应力可达30.254 MPa。线性的石墨化多壁碳纳米管吸附在芳纶纳米纤维周围并相互搭接，自然形成三维导电网络，进而对电磁波产生电导损耗和界面极化损耗。
随着复合纤维中碳纳米管含量增加，织物对电磁波的损耗能力逐渐增强，但含量过高会导致材料阻抗失配，进而反射电磁波，丧失有效吸收性能。当芳纶纳米纤维和石墨化多壁碳纳米管质量比为1:2时，织物实现75.18 dB的最小反射损耗和7.68 GHz有效吸收带宽。
为模拟复杂服役环境，对织物经过热处理，其进一步调控的结构，形成的孔隙和官能团优化了阻抗匹配并增强了极化能力，使有效吸收带宽进一步增宽至8.02 GHz。远场模拟结果表明，该织物雷达截面积最佳可减少31.68 dBm2，表现其电磁隐身潜力。此外，该织物兼具焦耳加热能力，具有快速的焦耳热响应和良好的循环耐久性，在10 V外加电压下，表面温度可达105.5°C。
哈工大为论文唯一通讯单位，材料科学与工程学院硕士生陈涛为第一作者，黄小萧教授、闫岳峰博士为通讯作者。
该研究获国家自然科学基金等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202528094
(a) 芳纶纳米纤维/石墨化多壁碳纳米管复合纤维织物的三维雷达截面积仿真结果；（b） 热处理后的芳纶纳米纤维/石墨化多壁碳纳米管复合纤维织物三维雷达截面积仿真结果；（c） 覆有吸收涂层的理想电导体模型示意图；(d) 芳纶纳米纤维/石墨化多壁碳纳米管复合纤维织物和理想电导体一维极坐标系下的雷达截面积曲线图；(e) 热处理后的芳纶纳米纤维/石墨化多壁碳纳米管复合纤维织物和理想电导体一维极坐标系下的雷达截面积曲线图；(f) 织物的电磁波损耗机制示意图；(g) 柔性电磁波吸收材料的性能对比图。
芳纶纳米纤维/石墨化多壁碳纳米管复合纤维织物的焦耳加热性能：(a)不同电压下芳纶纳米纤维/石墨化多壁碳纳米管复合纤维织物的红外热像图和；(b)不同电压下芳纶纳米纤维/石墨化多壁碳纳米管复合纤维织物温度随时间变化曲线；(c)不同外加电压下的平均温度及其U2的线性拟合；(d) 芳纶纳米纤维/石墨化多壁碳纳米管复合纤维织物的散热情况；(e) 芳纶纳米纤维/石墨化多壁碳纳米管复合纤维织物在10 V外加电压下连续5次循环的温度曲线。
