摘要：5G 通信中電磁污染尤為嚴(yán)重，吸波材料可有效的吸收和衰減電磁波，將電磁能轉(zhuǎn)換為熱能的形式散失掉， 已被廣泛應(yīng)用于航天航空、軍事設(shè)施以及電子通信等領(lǐng)域。然而，電子設(shè)備的小型化、集成化與高頻化使得電子設(shè)備無法及時將其產(chǎn)生的熱能耗散掉，從而影響設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，如何將導(dǎo)熱材料高效的應(yīng)用于電磁波吸收成為了當(dāng)前吸波領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。基于此，本文綜述了不同種類的導(dǎo)熱材料在電磁波吸收中的應(yīng)用及研究進(jìn)展，首先按照組成成分介紹了導(dǎo)熱材料的種類，并詳細(xì)闡述了金屬材料、陶瓷材料、碳材料及其復(fù)合物和導(dǎo)熱高分子材料及其復(fù)合物的導(dǎo)熱機(jī)制，以及不同導(dǎo)熱材料在電磁波吸收中的作用機(jī)制與應(yīng)用。最后對導(dǎo)熱吸波一體化材料未來的研究方向及推廣應(yīng)用提出了見解。
關(guān)鍵詞：導(dǎo)熱材料；電磁波吸收；復(fù)合材料；熱導(dǎo)率；吸波性能
00 引言
隨著 5G 技術(shù)的快速發(fā)展，電磁波已廣泛應(yīng)用于 軍事設(shè)施、醫(yī)療器械、航天航空以及電子通信等領(lǐng)域， 然而由此產(chǎn)生的電磁污染（電磁輻射與干擾）不僅會影響設(shè)備的正常運(yùn)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(shù)或吸波材料。傳統(tǒng)的電磁屏蔽技術(shù)主要是利用屏蔽體表面將電磁波反射，然而由此產(chǎn)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(shè)備的正常使 用。與之相比，吸波材料通過吸收電磁波將其轉(zhuǎn)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(dāng)前研究及應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。
圖1 電磁波吸收機(jī)制示意圖
為達(dá)到理想的吸波效果，吸波材料應(yīng)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(jìn) 入吸波材料內(nèi)部而不會在表面發(fā)生反射。（2）對電磁波的衰減能力強(qiáng)，能快速將進(jìn)入吸波材料的電磁波最大可能轉(zhuǎn)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(biāo)進(jìn)行綜合評價。然而，吸波材料在吸收電磁波過程中會產(chǎn)生大量的熱，由于電子設(shè)備內(nèi)空間狹小，無法及時將廢熱傳導(dǎo)至設(shè)備外部，導(dǎo)致電子產(chǎn)品性能下降甚至設(shè)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(dǎo)熱性能成為了當(dāng)前電子設(shè)備應(yīng)用的關(guān)鍵問題。而導(dǎo)熱材料用于發(fā)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(dǎo)、對流和輻射三種方式進(jìn)行熱量傳遞，是提高電子元器件散熱的有效方法。若將導(dǎo)熱材料應(yīng) 用于電磁波吸收中，能夠有效解決電子設(shè)備的散熱以 及電磁污染等問題。目前，應(yīng)用于電磁波吸收的導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱性能指標(biāo)為熱導(dǎo)率（λ）>1.5 W/(m·K)。 根據(jù)組成成分的不同，可將導(dǎo)熱材料分為金屬材料、 陶瓷材料、碳材料及其復(fù)合物和導(dǎo)熱高分子材料及其復(fù)合物。因此，本文綜述了不同種類的導(dǎo)熱材料在電磁波吸收中的應(yīng)用研究進(jìn)展，并對導(dǎo)熱吸波一體化材料未來的研究發(fā)展方向提出展望
01 金屬材料
金屬材料具有較高的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，是最早使 用的導(dǎo)熱材料之一，在高功率電子器件散熱、吸波材 料散熱等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。常見的金屬材料包括 銀、銅、鎳、鐵等金屬及其合金，熱導(dǎo)率一般在 10- 400 W/(m·K)之間。金屬材料的導(dǎo)熱過程主要依 靠自由電子的運(yùn)動以及晶格振動傳導(dǎo)。由于金屬中的 電子不受束縛，在電場的驅(qū)動下能夠自由運(yùn)動，從而 傳遞熱能，因此，電子傳導(dǎo)是金屬導(dǎo)熱的主要機(jī)制。如圖 2 所示，價電子通過自由運(yùn)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(shí)現(xiàn) 金屬材料的導(dǎo)熱。
而對于過渡金屬、稀土金屬以 及合金，晶格振動也是其導(dǎo)熱的另一重要機(jī)制。根據(jù) 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(dǎo)過程是通過聲子間的相互作用和碰撞來 實(shí)現(xiàn)的。而溫度、晶體結(jié)構(gòu)、晶格缺陷等會對聲子產(chǎn) 生散射作用，從而降低其熱導(dǎo)率。金屬材料良好的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率使其在電磁波 吸收應(yīng)用中備受重視。其中，金屬銀的熱導(dǎo)率在常溫 下為 429 W/(m·K)，是導(dǎo)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(dǎo)電 網(wǎng)絡(luò)通路，提高其介電損耗；還可以增強(qiáng)界面極化， 提高其衰減常數(shù)和阻抗匹配，從而增強(qiáng)其吸波性能。Liu 等通過水熱法在多孔碳（PC）表面和內(nèi)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(fù)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(jié)果表明，僅含 0.44 vol% Ag 的金屬化界面復(fù)合材料具有-43.3 dB 的反射損耗值， 較不含 Ag 層的復(fù)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(dǎo)率（λ = 400 W/(m·K)）和電導(dǎo)率（σ = 5.96 × 107 S/m）， 并且其易加工、價格低廉的特點(diǎn)，在電磁波吸收的應(yīng) 用受到了廣泛關(guān)注。其吸波機(jī)制主要為介電損耗，即 在外加磁場的作用下，金屬內(nèi)部的自由電子發(fā)生定向 移動產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而克服金屬材料內(nèi)部固有電阻 產(chǎn)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(fù)合材料。銅作為導(dǎo)電中心 與碳構(gòu)成導(dǎo)電體系，同時，ZnS、C 和 Cu 之間的異質(zhì) 結(jié)構(gòu)促進(jìn)了極化弛豫效應(yīng)。結(jié)果表明，C/ZnS/Cu 復(fù)合 材料的最小反射損耗值可達(dá)-63.6 dB，有效吸收帶寬 （EAB）為 6.48 GHz。
與銀、銅等導(dǎo)電金屬的應(yīng)用不同，磁性金屬（鐵、 鎳、鈷等及其合金）在外加磁場下發(fā)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(zhuǎn)換為熱能，從而達(dá)到電磁波吸收效果。Yang 等研究發(fā)現(xiàn)，均勻分布在多孔碳中的鎳納米 顆粒，能夠促進(jìn)磁耦合網(wǎng)絡(luò)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(dāng)鎳納米顆粒含量為 5 wt%時，厚度為 2.5 mm，在 5.5 GHz 處，其反 射損耗最小（-72.4 dB）。Shi 等采用浸漬燒結(jié)法將 Co 納米顆粒分散在碳納米纖維（CNF）上制備了 Co/CNF 復(fù)合材料，并通過濃度梯度調(diào)控 Co 的含量 來提升材料的導(dǎo)熱性能和吸波性能。結(jié)果表明，當(dāng) 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(fù)合材料，研究表明，碳材料與磁性金屬的復(fù)合優(yōu)化 了阻抗匹配，使得材料具有優(yōu)異的吸波性能（當(dāng) 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(dǎo) 電性能差的缺點(diǎn)限制其在電磁波吸收領(lǐng)域的應(yīng)用。因 此，研究者們將導(dǎo)電金屬與磁性金屬同時應(yīng)用于電磁 波吸收中，利用導(dǎo)電金屬的介電損耗以及磁性金屬的 磁損耗的協(xié)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(fù)合 材料，通過引入 Co/Cu/CrN 組分的協(xié)同效應(yīng)，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(zhì) 結(jié)構(gòu)的 Ag@NC-Co@NC 復(fù)合材料。結(jié)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(dǎo)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(diǎn)高、抗腐蝕性強(qiáng)、硬度大等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高溫、耐腐蝕等領(lǐng)域。此外，陶瓷材料還具有高結(jié)晶度，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性等特點(diǎn)，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(dǎo)，為其在電磁波吸收的應(yīng)用 提供了一定的基礎(chǔ)。目前，常用的陶瓷導(dǎo)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(yīng)用中，陶瓷材料主要通過介電損耗（主要為傳導(dǎo)損耗和極化損耗）來將電磁波能量 轉(zhuǎn)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(nèi)部存在多種電子和晶體缺陷， 能夠產(chǎn)生多重反射和散射效應(yīng)。通過合理調(diào)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(fā)現(xiàn)，添加一定量的氧化鋁陶瓷可以改善材料的阻抗失配，促進(jìn)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(fù)合材料。結(jié)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(fù)合 可以擁有更寬的吸波頻帶和更高的導(dǎo)熱性能，使其在 惡劣的環(huán)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(dǎo)熱材料，F(xiàn)e(CO)5為吸波材料制備 Al2O3/ZnO/Fe(CO)5/SR 復(fù)合材料。
圖 4 Al2O3/ZnO/Fe(CO)5/SR 復(fù)合材料的(a)熱導(dǎo)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(fù)合材 料為 AM；只含有 Al2O3與 ZnO(質(zhì)量比為 1:1)的復(fù)合材料為 TC；同時含有 Al2O3、ZnO 和 Fe(CO)5的復(fù)合材料，質(zhì)量比分別為 1:2、1:1 和 2:1，被標(biāo)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(fù) 合材料并研究其吸波性能。結(jié)果表明，當(dāng) 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(fù)合材料并研究其在25 ~ 700 ℃下的吸波性能。結(jié)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(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性 等優(yōu)點(diǎn)，能夠應(yīng)用于高溫環(huán)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(yōu)良機(jī)械性能與高溫穩(wěn)定性的透波材料 Si3N4 與 SiC 進(jìn)行復(fù)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，其反射損耗最小（-31.8 dB）。
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(dǎo)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(dǎo)熱性能的影響。結(jié)果表明，在室溫下，SiC 含量為35wt%時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率最高，為 63.01 W/(m·K)。當(dāng)溫度升高至 300 ℃時，仍然具有 36.02 W/(m·K)的熱導(dǎo)率。由此可見，高溫下的 Si3N4-SiC 陶 瓷具有良好的吸波性能和導(dǎo)熱性能。
不僅如此，SiC 還能制備成三維多孔結(jié)構(gòu)，與其 它結(jié)構(gòu)相比，構(gòu)筑多孔的導(dǎo)通結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)材料導(dǎo)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。
圖 6 CA/m-SiC NWs/m-BN/EP 復(fù)合材料導(dǎo)熱與電磁波吸收機(jī)制示意圖
三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 能夠構(gòu)筑導(dǎo)熱通路，有利于聲子的轉(zhuǎn)移，最大程度的 減少界面熱阻，使得材料具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能（λ = 2.21 W/(m·K)）；而在電磁波吸收的應(yīng)用中，m-SiC NWs/m-BN 三維多孔結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的氮化硼納米 片（BNNS）不僅具有高熱穩(wěn)定性和高熱導(dǎo)率的優(yōu)點(diǎn)， 還能提高材料的界面極化和阻抗匹配，具有廣泛的應(yīng) 用前景。Bai 等通過原位生長方法成功合成了 HO-BNNS@Fe3O4復(fù)合材料。結(jié)果表明，厚度為 2 mm， 在 8.64 GHz 下，其 RLmin 為-45.31 dB、熱導(dǎo)率為 1.75 W/(m·K)。
03 碳材料及其復(fù)合物
碳材料具有高熱導(dǎo)率和良好的吸波性能，因此在 電磁波吸收領(lǐng)域中表現(xiàn)出了極大的應(yīng)用潛力。碳導(dǎo)熱材料包括碳納米管、石墨烯和碳纖維等，其高導(dǎo)熱性能主要由晶格振動來實(shí)現(xiàn)。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常快，是主要的導(dǎo)熱載體；而橫向聲子的振動方向 則垂直于傳導(dǎo)方向，導(dǎo)熱能力較弱。理論上，碳納米管熱導(dǎo)率為 6600 W/(m·K)，石墨烯的熱導(dǎo)率 為 3000-5000 W/(m·K)，是已知材料中熱導(dǎo)率最高的兩種碳材料。
圖 7 碳材料的導(dǎo)熱機(jī)制
此外，碳材料主要通過介電損耗（主要為傳導(dǎo)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(shù)和優(yōu)異的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，被廣泛用于高頻電磁波吸收材料的制備（如圖 8 所示）。
圖 8 碳納米結(jié)構(gòu)及其復(fù)合材料在高頻電磁波吸收中的應(yīng)用
然而，純碳材料過高的電導(dǎo)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(jìn)行復(fù)合構(gòu)建核殼、多孔、中空、多層、 花狀等特殊結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)吸波材料的阻抗匹配和界面 極化，從而增強(qiáng)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(qū)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及 CeO2與N-C 的協(xié)同作用增強(qiáng)了材料的界面極化，使其表現(xiàn)出優(yōu)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(jié)構(gòu)的碳纖維（PCF）-CoFe2O4（CFO） 納米顆粒復(fù)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(fù)合 材料。結(jié)果表明，在 3.0 mm 厚度下，RLmin = -59.38 dB，有效吸收帶寬為 5.22 GHz。
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(dǎo)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(dǎo)熱填料的含量對吸波和導(dǎo)熱性能的改善作用是相反的，難以實(shí)現(xiàn)吸波性能和導(dǎo)熱性能的同步提升。因此，協(xié)同改善材料的導(dǎo)熱性能和吸波性能是目前研究的關(guān)鍵。研究者們通過化學(xué)修飾、界面調(diào)控、構(gòu)筑三維多孔或花狀多孔結(jié)構(gòu)等方式來提升材料的導(dǎo)熱和吸波性能。Xing 等采用一步熱解法制備 了 2D 碳纖維網(wǎng)絡(luò)（2D ICFNs），并通過調(diào)節(jié)熱解溫度來調(diào)控其孔隙率、缺陷及電學(xué)性能，進(jìn)而研究 2D ICFNs 的導(dǎo)熱和吸波性能。研究表明，當(dāng)熱解溫度為 900 ℃時，2D ICFNs 具有優(yōu)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(dǎo)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(fù)合材料，結(jié)果如表 2 所示。金屬氧化物、磁性材料與碳材料的復(fù)合 不僅能夠改善復(fù)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(chuàng)建有效的聲子 /電子傳輸路徑，形成導(dǎo)熱通路，使得復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)熱性能。
表 2 金屬氧化物/磁性材料/碳材料復(fù)合材料的吸波性能和導(dǎo)熱性能
04 導(dǎo)熱高分子材料及其復(fù)合物
有機(jī)高分子材料由于具有重量輕、易加工、低成 本等特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。其導(dǎo)熱機(jī)理（如圖 10(a)所示）主要基于聲子的傳導(dǎo)，包括聲子間碰撞散射、聲子與材料表面之間的相互作用等。
圖 10 有機(jī)高分子材料導(dǎo)熱機(jī)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(dǎo)性的填料的高分子材料
然而高分子材料的熱導(dǎo)率容易受其形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)無定形區(qū)域占主導(dǎo)地位時，會引起聲子的散射，形成界面熱阻，使其導(dǎo)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(dǎo)熱性能，研究者們通過改變高分子材料的分子結(jié)構(gòu)以形成高度有序排列的晶體結(jié) 構(gòu)來減少聲子散射從而提高其熱導(dǎo)率（如圖 10(b)）。Li 等采用化學(xué)交聯(lián)法合成了液晶聚硅氧烷彈性體 的熱導(dǎo)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(lián)苯向列型單元的側(cè)鏈液晶環(huán)氧樹脂（S-LCE），并通過硫醇 -環(huán)氧親核開環(huán)反應(yīng)和涂覆方法制備了液晶環(huán)氧薄膜 （LCEF），使其導(dǎo)熱性能得到提升，即 LCEF 的垂直 方向（⊥）和平行方向（//）的熱導(dǎo)率分別為 0.33 W/(m·K)和 1.25 W/(m·K)，遠(yuǎn)高于常規(guī)雙酚A環(huán)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(jié)果表明，當(dāng) LCM 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 35 wt%時，PDLC 薄膜的平面熱導(dǎo)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(dǎo)熱填料來形成導(dǎo)熱通路（如圖 10-c），制備出各種具有高導(dǎo)熱性能的高分子復(fù)合材料。Avia 等將石墨烯納米片與氮化硼納米片添加于 環(huán)氧樹脂（EP）中，得到的復(fù)合材料的熱導(dǎo)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(dǎo)熱填料 添加于 EP 中，使其熱導(dǎo)率提高了 505%。復(fù)合材料熱 導(dǎo)率的提升是由于填料的高導(dǎo)熱性能促使熱能沿著 填料之間的接觸點(diǎn)或傳導(dǎo)鏈進(jìn)行傳遞；并且有機(jī)高分 子基質(zhì)多樣的結(jié)構(gòu)（有序的鏈狀結(jié)構(gòu)、共軛結(jié)構(gòu)、拓 撲結(jié)構(gòu)）可以提高電子和聲子的傳導(dǎo)，形成有效的導(dǎo) 熱通路，從而促進(jìn)熱量傳遞。而在電磁波吸收的應(yīng)用中，有機(jī)高分子材料復(fù)雜 有序的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠提供多重界面，當(dāng)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(fā)生定向移動，引起電磁波能量的轉(zhuǎn)換和衰減。Cui 等采用 CO2 輔助技術(shù)制備具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的 GN/Ni/PVDF 多孔復(fù)合材料。通過引入導(dǎo)電和磁性組 分，增強(qiáng)了材料的介電損耗和磁性損耗，并且三維網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠優(yōu)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(fù)合材料， 具有優(yōu)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(jī) 高分子與其他導(dǎo)熱或吸波填料進(jìn)行復(fù)合，研究其形態(tài)、 結(jié)構(gòu)和分布來促進(jìn)材料導(dǎo)熱和吸波性能的提升。Fan 等研究具有中空微孔多面體結(jié)構(gòu)的雙氰胺（g-C3N4） @Fe@C 復(fù)合材料。如圖11所示，g-C3N4和Fe@C 的 協(xié)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(dǎo)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(dǎo)熱性能（λ=1.81 W/(m·K)）。
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(fù)合材料(c) 導(dǎo)熱與(d)吸波機(jī)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(yōu)異導(dǎo)熱性能（λ = 4.649 W/(m·K)）和吸波性能（RLmin = -41.2 dB）的 GN/PPy/Al2O3三元?dú)饽z。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(fù)合材料。MDCF@h-BN 之間的協(xié)同效應(yīng)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(dǎo)率（λ = 0.99）。綜上所述，導(dǎo)熱材料在電磁波吸收領(lǐng)域中發(fā)揮著 重要作用，不同種類的導(dǎo)熱材料在電磁波吸收中具有 不同的應(yīng)用特點(diǎn)，如表 3 所示。
04 結(jié)束語
將不同類型的導(dǎo)熱材料應(yīng)用于電磁波吸收中，利用材料的協(xié)同互補(bǔ)作用并通過調(diào)控其形貌、結(jié)構(gòu)、分布可同時提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱和吸波性能。盡管導(dǎo)熱材料在電磁波吸收應(yīng)用方面已取得長足的進(jìn)步，但其研究及應(yīng)用仍存在功能化單一、應(yīng)用較窄等諸多的不 足，導(dǎo)熱吸波一體化材料的研究應(yīng)用拓展可從以下三方面進(jìn)行開展：
（1）多功能化：未來的研究將關(guān)注開發(fā)多功能化 （疏水性、抗振動性、抗輻射性、高溫穩(wěn)定性和耐久 性）的導(dǎo)熱材料，以適應(yīng)苛刻環(huán)境中的電磁波吸收需求。與此同時，還需大力開發(fā)具有自適應(yīng)性能和自修復(fù)能力的導(dǎo)熱吸波材料。使得材料能夠根據(jù)環(huán)境溫度或電磁波頻率自動調(diào)節(jié)其導(dǎo)熱性能和吸波性能，以及在材料受損后恢復(fù)其性能與形狀，提升材料的使用壽命。
（2）可持續(xù)發(fā)展：當(dāng)前的導(dǎo)熱材料在電磁波吸收 的應(yīng)用主要依賴于復(fù)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(huán)境污染。未來研究工作需 要進(jìn)一步探索導(dǎo)熱吸波材料的可持續(xù)性和環(huán)保性。以綠色化學(xué)合成、生物合成、可再生材料為基礎(chǔ)，通過開發(fā)大規(guī)模、低成本的制備技術(shù)，從而減少對環(huán)境的影響，是導(dǎo)熱吸波一體化材料發(fā)展的重要方向。
（3）應(yīng)用拓展：導(dǎo)熱吸波材料在電子、航天航空、 軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域已取得了重要進(jìn)展，未來將進(jìn)一步拓展到其他領(lǐng)域。研究者們可通過研究導(dǎo)熱吸波材料在不同物理場（如溫度場、光場、電場、風(fēng)場、流場、 聲場等）的相互作用機(jī)制和耦合效應(yīng)，探索其在能量轉(zhuǎn)換與集成領(lǐng)域中的應(yīng)用；以及結(jié)合人工智能的應(yīng)用， 利用智能模擬計算和數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)更高效、快速的材料設(shè)計和性能預(yù)測，從而將導(dǎo)熱吸波一體化材料應(yīng) 用于更多領(lǐng)域中。
標(biāo)簽： 導(dǎo)熱散熱 點(diǎn)擊： 評論: