5G 向 6G/7G 演进过程中，电子设备产生的电磁干扰（EMI）会破坏设备功能并危害人体健康，同时热积累会导致芯片运行变慢、寿命缩短。传统材料中导热性与微波吸收性能存在冲突（如高导电性提升导热但降低微波吸收阻抗匹配），且多数双功能材料需 50-100wt% 高负载，导致加工难度增加、机械性能下降。开发低负载、高性能的双功能材料，同时解决电磁干扰和热积累问题，且合成工艺简单可规模化。

浙江师范大学王晓娟、童国秀教授团队通过简便的浸渍-退火工艺，首次合成了具有双网络结构的卫生纸衍生的碳纤维（CF）@Co@C复合材料，作为先进双功能填料。通过将碳纤维与Co@C泡沫结合，可构建双网络结构、多重异质界面、磁电双损耗机制及电子-声子双热载流子体系，从而增强电磁波吸收与热传导性能。相关研究成果以“Constructing dual networks in tissue-paper-derived carbon nanofiber/Co@C composites toward exceptional microwave absorption and heat conduction”为题目，发表在期刊《Carbon》上。

图 1. （a1–a3）CF@Co@C 复合材料的合成过程。不同硝酸钴（Co(NO3)2⋅6H2O）用量（n，单位：mol）下复合材料的表征结果：（b1–f1、b2–f2、b3–f3）SEM图像，（g1–g4、h1–h5）元素分布图，（i1–i3）TEM图像，（i4）SAED图谱。其中，（b1–b3、g1–g4）对应 n=0 mol，（c1–c3）对应 n=0.0025 mol，（d1–d3、h1–h5、i1–i4）对应 n=0.005 mol，（e1–e3）对应 n=0.01 mol，（f1–f3）对应 n=0.02 mol。

得益于增强的欧姆损耗、极化损耗及多重磁共振效应，实验表明含0.005摩尔Co(NO₃)₂·6H₂O的CF@Co@C复合材料展现出高等效吸收带宽密度(EABW/d=3.55 GHz/mm)与强吸收能力(-50.09 dB)，显著优于碳纤维及其他吸收材料。同时，CF@Co@C/TPU复合薄膜在10 wt%低负载量下展现出高导热性（5.059∼6.544 W/(m·K)），其最高导热值分别是纯TPU薄膜和二维碳纤维/TPU薄膜的1.85倍与1.43倍。

此外，通过密度态（DOS）与极化密度态（PDOS）的理论分析揭示了电磁波吸收与热传导的增强机制。面心立方-Co/C、六方密堆积-Co/C与面心立方-Co/六方密堆积-Co之间的多重异质界面，为额外电偶极子提供了内置电场，从而增强了材料的微波吸收能力。二维碳纤维与Co@C泡沫的结合实现了电子与多频声子的协同传热，从而提升了材料导热性能。总体而言，本研究为开发具有磁电双损耗与电子声子双热载体的先进双网络复合材料提供了新颖简易的策略，可应用于电子行业的电磁防护与热管理领域。

图 2. 不同 n 值下 CF@Co@C 复合材料的（a）能量色散 X 射线光谱（EDX）、（b）元素含量、（c1）X 射线光电子能谱（XPS）全谱，以及（c2）C 1s、（c3）O 1s 和（c4）Co 2p 的高分辨 XPS 光谱。

图 3. 不同 n 值下 CF@Co@C 复合材料的（a）X 射线衍射（XRD）图谱、（b1–c1）面心立方相（FCC）钴与六方最密堆积相（HCP）钴的晶格结构及（b2–c2）态密度（DOS）、（d）平均晶粒尺寸（D）与内应力（γ）的变化规律，以及（e）拉曼光谱。

图 4. 不同 n 值下 CF@Co@C 复合材料的织构分析：（a–e）氮气（N2）吸附 - 脱附等温线（插图为孔径分布曲线），以及（f）比表面积（SBET）与孔径。

图 5. 不同 n 值下 CF@Co@C 复合材料的微波吸收性能（MWACs）：（a1–e1）三维反射损耗（RL）图谱，（a2–e2）有效吸收带宽（EABW，RL≤−10 dB，即入射电磁波吸收率≥90%）与最佳带宽 - 厚度比（EABW/d），（e3）反射损耗（RL）曲线，（e4）最佳匹配厚度（tm）与对应吸收峰频率（fm），（e6）二维反射损耗（RL）图谱，以及（e5）靠近特斯拉线圈的灯泡。（f）CF@3D Co@C 泡沫复合材料与其他吸收剂在带宽 - 厚度比（EABW/d）、最小反射损耗（RLmin）及负载量方面的微波吸收性能（MWACs）详细对比图。

图 6. （a）EABW/d、r1、AC%、Co/C、HCP/FCC、SBET及 BET 测试所得孔径（P）随 n 的变化关系；（b）衰减模量；（c）匹配模量（Z）；（d）欧姆损耗（εc∘）；（e）极化损耗（εp∘）；（f1–f2）ε′与εp∗的关系曲线。微波吸收机制：（g1）通过FCC-Co/C、HCP-Co/C及FCC-Co/HCP-Co界面的计算电荷差揭示的界面极化；（g2）等离子体共振与缺陷极化；（g3）磁损耗；（g4）通过涡流损耗（μ∘(μ′)−2f−1）、全息图及 CF@Co@C 通量分布图对应的磁力线揭示的磁耦合；（g5）双网络中的欧姆损耗与电磁波多重散射。

图 7. CF@Co@C 复合材料支撑的 TPU 膜的表征及热性能：（a1）实物照片；（a2）拉伸 - 应变曲线；（a3）30% 应变下 20 次拉伸 - 释放循环的循环拉伸 - 应变曲线；（b）元素分布图；HC随c1负载量及（c2）n 的变化关系；（d）HC对比图；（e）HC、r1、AC%、Co/C、HCP/FCC、比表面积（SBET）及电导率（σ）随 n 的变化关系；（f）C、HCP-Co及FCC-Co的声子态密度（PDOS）；热传递机制：（g1）CF@Co@C 复合材料中的声子散射；（g2）双网络中的电子与声子协同传输；（h1–h4）红外热成像图及温度 - 时间曲线。

结论

通过简便的浸渍-退火工艺，成功制备了双网络CF@Co@C复合材料，实现了微波吸收系数(MWAC)与热传导的协同增强。通过调控n值，有效调控了材料缺陷、取向及多异质界面特性。相较于纯二维碳纤维，将Co@C泡沫引入二维碳纤维网络后，因衰减与匹配性能提升，实现了宽带强吸收特性。当n=0.005 mol时获得最佳微波吸收特性，表现出高达3.55 GHz/mm的等效吸收带宽密度(EABW/d)和相对较低的最小反射损耗(RLmin)为-50.09 dB。此外，含10 wt%填料的CF@Co@C/TPU薄膜展现出约6.474 W/(m·K)的高导热性，较纯TPU薄膜和二维碳纤维/TPU薄膜分别提升83%和41%。通过密度态（DOS）、偏密度态（PDOS）及耦合态（CST）理论计算揭示了CF@Co@C复合材料的微波吸收与热传导机制。其增强的热导率和微波吸收系数归功于双网络结构、磁电双重损耗、多重异质界面及电子-声子双热载流子特性。这些特征不仅产生多重散射、多重磁共振及界面极化效应，更显著加速了热传导过程。综上，本研究为构建兼具卓越电磁波吸收与热传导性能的高性能双功能双网络材料提供了明确指导。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.121305