现代电子与通信系统的快速发展导致了日益复杂的电磁环境。电磁干扰和辐射已成为影响设备性能与人体健康的重大挑战。与此同时，随着电子设备小型化和高密度集成技术的持续进步，热管理方面的需求正变得日益突出。因此，开发兼具轻量化、宽频带和强吸收特性的微波吸收/导热双功能材料已成为当务之急。
近日，西北工业大学黄英教授团队在期刊《Carbon》上，发表了最新研究成果“"Point-Line-Plane" Three-Dimensional Synergistic Engineering in MoS2/CoFe2O4-Decorated Flexible Carbon Nanofiber Scaffold: A Dual-Functional Film for Integrated Microwave Absorption and Thermal Conductivity”。论文第一作者为硕士研究生江汇洋，通讯作者为黄英教授、宗蒙副研究员。研究者采用聚丙烯腈衍生碳纳米纤维（CNF）作为柔性支架，协同整合磁性CoFe2O4纳米颗粒与介电MoS2纳米片。通过静电纺丝结合压力辅助热成型工艺，实现了对CNF-（MoS2/CoFe2O4）（CMC）异质界面的精准调控，最终获得了兼具优良吸波性能和导热性能的双功能柔性薄膜材料。
实验结果表明，优化后的CMC-1.0样品在14.2 GHz频段实现了-45.6 dB的最小反射损耗（RLmin），匹配厚度为3.0毫米。该样品还展现出7.8 GHz的有效吸收带宽（覆盖10.2至18 GHz频段）和0.163 W/（m·K）的热导率。此外，所得CMC薄膜材料显示出优异的柔韧性。CMC柔性吸波/导热双功能薄膜材料在小型电子设备电磁波吸收和热管理领域展现了广泛的应用前景。
图1：CMC的制备流程图
通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）系统表征了CMC与CNF-MoS2薄膜（CM）的微观结构。如图2a所示，负载CoFe2O4纳米颗粒的纤维素纳米纤丝（CNF）在CMC体系中形成了紧密互连的三维网络结构，且纤维直径分布均匀。高倍SEM图像（图2b-c)显示，平均粒径500纳米的CoFe2O4纳米颗粒均匀嵌入高长径比的CNF基体（直径约100纳米）中，形成独特的纺锤状复合结构。图2d展示了CMC表面CNF-CoFe2O4（CC）薄膜与CM薄膜的界面形貌，清晰可见CC薄膜层叠在CM薄膜之上。值得注意的是，构成CM的CNF与CC中的纤维存在显著形态差异，其细长纤维结构呈现更均匀的直径分布。结合能谱分析（EDS）的横截面SEM成像（图2e1-e6)明确揭示了CMC薄膜的三明治结构：中央为CM层，两侧各有一层CC层，元素分布模式与预期成分完全吻合。
图2：（a-c）不同分辨率下的CMC表面扫描电镜图像；(d)CMC表面CC层与CM层界面的SEM显微照片；（e1-e6）CMC薄膜的横截面SEM图像及对应的EDS元素分布图；（f-g）CM表面不同放大倍数的SEM图像；(h)CM中碳纤维的TEM图像；(i)CM样品的SAED衍射图谱；(j)CM样品的HR-TEM图像；（k1-k4）CM碳纤维的EDS元素分布图。
如图3所示，随着MoS2含量的增加（CMC-0.5、CMC-1.0、CMC-1.5），吸收特性呈现出显著差异。在3.5 mm厚度条件下，CMC-0.5实现了-19 dB的RLmin，其EAB在4.0 mm厚度时扩展至5.4 GHz。当采用1.0 g二硫化钼负载时，CMC-1.0展现出卓越的宽带吸收性能，在3.0 mm厚度下实现 -45.6 dB的RLmin，EAB达到7.8 GHz。CMC-1.5在1.7 mm厚度时实现-38 dB的RLmin，EAB在2.7 mm厚度时扩展至8.0 GHz，充分展现了其优异的厚度可调性。
图3：（a1）-（a3）CMC-0.5的反射损耗曲线及三维示意图；（b1）-（b3）CMC-1.0的反射损耗曲线及三维示意图；（c1）-（c3）CMC-1.5的反射损耗特性及三维示意图
为开发兼具优异微波吸收性能与导热特性的轻质柔性薄膜材料，我们系统评估了CC、CMC-0.5、CMC-1.0及CMC-1.5的热传导特性。如图4所示，CC薄膜的热导率仅为0.00049 W/（m·K），展现出优异的隔热性能。相比之下，CMC系列材料的热导率显著提升，范围在0.147至0.163 W/（m·K）。
图4：CC、CMC-0.5、CMC-1.0和CMC-1.5的导热系数比较。
图5 CMC的(a)弯曲、(b)塑形和(c)恢复示意图。
综上，制备的CMC双功能柔性薄膜材料表现出良好的机械性能和优异的柔韧性。优良的吸波和导热性能使CMC双功能柔性薄膜材料有望成为下一代柔性电子产品的高性能电磁波吸收/热管理材料。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622325007250
人物简介：
黄英，西北工业大学教授，博士生导师。全国宝钢优秀教师奖获得者，中组部青年拔尖人才支持计划评审专家，陕西省教学名师。主持国家级项目多项、省部级科学基金项目10项、国防横向课题多项。在国内外发表学术及教学论文300余篇，先后从事纳米吸波材料、储能电极材料、材料的表面改性、导电、导热高分子材料等多项研究工作。
