对超紧凑、高功率电子器件的不懈追求，加剧了对先进功能材料的迫切需求，这些材料能够同时减轻焦耳加热和电磁干扰，这是热和电磁行为之间固有冲突所带来的长期挑战。现有相变复合材料（PCCs）存在热传导网络断裂、电磁波吸收带宽窄、极端热循环下结构脆弱等缺陷。

基于此，北京师范大学陈晓副研究员、北京大学李洋、复旦大学车仁超教授等人对一种创新的 3D 连续互连碳纤维网络进行调制，该网络采用磁介质异质界面功能化，并包裹在相变石蜡介质中，以实现并发热调节和高效电磁耗散。这种开创性的核-壳结构提供高潜热储存和类似高速公路的声子传输，同时保持结构完整性，即使在恶劣的长期热冲击下，关键指标也没有统计学上的显著退化。

更引人注目的是，核心-鞘层异质结构协同集成了导电框架和磁耦合网络，产生丰富的异质结界面和定制的电子传输路径，实现超低反射损耗和宽有效吸收带宽。通过尖端的离轴电子全息术，直接可视化磁介电耦合相互作用，揭示纳米级电磁波吸收机理。实际演示证实了该解决方案在为下一代大功率电子设备实现协同优化的热管理和电磁兼容性方面的巨大潜力。相关研究内容以“Synergistic Thermal Management and Electromagnetic Wave Absorption in Core‐Sheath Phase Change Composites”为题目发表在期刊《Advanced Functional Materials》上，

图 1. a) Co-MnS/CF@MoS₂-PW 的合成与应用示意图。(b, c) Co/CF、(d, e) Co-MnS/CF 及 (f, g) Co-MnS/CF@MoS₂ 的扫描电子显微镜（SEM）图像。h) Co-MnS/CF@MoS₂ 的 SEM 元素 mappings 图。i) 相变复合材料（PCCs）在热与电磁波协同调控中的突出特性。

制备流程：

该研究以 Co (acac)₂-MnSO₄/PAN 为前驱体，经静电纺丝、可控热解、MoS₂水热生长及石蜡（PW）封装四步制备。热解过程实现 PAN 向高导电 3D 碳纤维（CF）网络的转化，同时原位生成 Co-MnS 纳米簇；垂直排列的 MoS₂纳米片形成核 - 壳结构，PW 则通过非共价作用封装于多孔骨架中，构建智能热调控体系。

图 2. a–c) Co-MnS/CF@MoS₂的透射电子显微镜（TEM）图像及 d) 高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像。e) Co-MnS/CF@MoS₂的 TEM 元素 mappings 图。f) Co-MnS/CF@MoS₂的离轴电子全息图及对应的重构电荷密度图像。g) Co-MnS/CF@MoS₂局部放大的电荷密度图像。h) Co/CF、Co-MnS/CF 及 Co-MnS/CF@MoS₂的 X 射线衍射（XRD）图谱、i) 拉曼（Raman）光谱、j) 傅里叶变换红外（FT-IR）光谱。Co-MnS/CF@MoS₂的 X 射线光电子能谱（XPS）：k) 全谱扫描、l) C 1s 谱、m) Co 2p 谱、n) Mn 2p 谱、o) Mo 3d 谱。

热管理机制

3D 互连碳纤维网络为电子与声子传输提供双通道，MoS₂纳米片通过强声子耦合效应增加界面热扩散路径，石蜡在相变过程中实现高效潜热存储与释放，解决导热性 - 潜热权衡难题。

电磁波吸收机制

导电损耗：高导电 CF 网络通过欧姆损耗衰减电磁波。

极化损耗：MoS₂纳米片的缺陷与异质界面引发强界面极化和偶极极化。

磁损耗：Co-MnS 纳米簇通过自然共振、涡流损耗和磁滞损耗补充能量衰减。

协同效应：磁 - 电耦合作用优化阻抗匹配，多尺度散射进一步提升吸收效率。

图 3. a) Co-MnS/CF@MoS₂-PW 的扫描电子显微镜（SEM）图像。b) 样品的质量保持率。c) 相变复合材料（PCCs）的相变机理示意图。d、e) 差示扫描量热（DSC）曲线。f) 相变复合材料（PCCs）的相变焓、浸渍率，以及 g) 相变温度。h) 相变复合材料（PCCs）的导热系数。i) 传热机理示意图。j) 加热过程中 Co-MnS/CF@MoS₂-PW 与石蜡（PW）的温度 - 时间变化曲线。k) 样品的热重分析（TGA）曲线。l) Co-MnS/CF@MoS₂-PW 经过 10 天热循环后的差示扫描量热（DSC）曲线，以及 m) X 射线衍射（XRD）图谱。

实际应用验证

电磁屏蔽场景

雷达散射截面（RCS）：垂直入射时衰减 31.23 dBm²，-60° 至 60° 入射角范围内 RCS＜-10 dBm²。

5G 信号屏蔽：对手机天线参考信号接收功率（RSRP）平均衰减＞30 dB，可动态抑制电磁干扰。

特斯拉线圈测试：有效阻隔 MHz 频段电磁波，实现 LED 器件的电磁屏蔽。

热管理场景

CPU 散热：包覆复合材料的 CPU 达到 85.6 °C 需 150 s，是裸 CPU（40 s）的 3.75 倍，显著延缓热冲击，实现温度平稳过渡。

图 4. 样品的电磁参数：a) 介电常数、b) 磁导率、c) 介电损耗角正切。(d、e) Co/CF-PW、(f、g) Co-MnS/CF-PW、(h、i) Co-MnS/CF@MoS₂-PW 反射损耗（RL）值的三维立体图及二维投影图。j) 不同厚度 Co-MnS/CF@MoS₂-PW 的最小反射损耗（RLmin）及 k) 有效吸收带宽（EAB）统计。l) 本研究 Co-MnS/CF@MoS₂-PW 与已报道先进相变复合材料（PCCs）在最小反射损耗（RLmin)）和有效吸收带宽（EAB）方面的电磁波吸收性能对比。

图 5. a) Co-MnS/CF@MoS₂-PW 的输入阻抗与自由空间阻抗比值（Zin/Z0)）。b) 导电损耗、c) 科尔 - 科尔曲线（Cole–Cole curves）、d) 相变复合材料（PCCs）的衰减系数。离轴电子全息图及对应的重构电荷密度图像：(e) Co-MnS/CF、(f) Co-MnS/CF@MoS₂。g、h) 对应的电荷密度分布。i) Co/CF、Co-MnS/CF 及 Co-MnS/CF@MoS₂的磁滞回线。j) 样品的C0曲线。磁性能的离轴电子全息图：(k) Co-MnS/CF、(l) Co-MnS/CF@MoS₂。m) Co-MnS/CF@MoS₂-PW 的电磁波（EMW）吸收机理。

图 6. a) 涂覆样品的飞机模型示意图。b) 涂覆 Co-MnS/CF@MoS₂-PW 的理想导电体（PEC）的雷达散射截面（RCS）仿真三维图。c) 所有样品在不同角度下的雷达散射截面（RCS）仿真结果。d) 涂覆不同样品的理想导电体（PEC）的雷达散射截面（RCS）缩减量对比。e) 5G信号衰减的测试条件和工具。f)在5G网络中运行的手机天线的RSRP。g)使用特斯拉线圈led器件进行EMW吸收测试。h) CPU抗热震系统原理图。i) 带有 CPU 单元的台式电脑照片。j) CPU 在额定工作功率下的温度 - 时间变化曲线，插图为实际测试装置。k) 相变复合材料（PCCs）薄膜涂层的红外图像。

结论：

本研究开发的先进 Co-MnS/CF@MoS₂-PW 复合材料，为解决高功率电子系统中同时存在的热累积与电磁干扰难题提供了一种极具前景的方案。该创新性核 - 壳结构将用于高效声子 - 电子传输的连续 3D 碳纤维网络，与通过介电界面优化宽带阻抗匹配的垂直排列 MoS₂纳米片相结合。异质结构的 Co-MnS 纳米簇通过构建多条电磁损耗路径进一步提升性能，借助尖端的离轴电子全息技术，可直接可视化纳米尺度下的磁 - 电耦合机制。这些组分的协同整合赋予材料优异的热调控与电磁波吸收性能，高效的微处理器冷却效果及强信号衰减能力均证实了这一点。此外，环境稳定性与循环稳定性测试验证了其在复杂环境条件下的可靠性，关键性能指标无显著退化。这些研究成果为开发下一代热 - 电磁协同调控材料提供了极具前景的解决方案，尤其适用于 5G 基础设施、高性能计算及航空航天电子领域。

https://doi.org/10.1002/adfm.202523075