双光谱防护在国防安全领域具有重要意义。然而，受限于这类材料本身轻质、柔韧的特性，实现高性能的双光谱兼容仍面临诸多挑战。

近期，江南大学戴磊教授、贾浩副教授、北京化工大学张好斌教授、陕西科技大学费贵强教授合作，通过静电纺丝与原位生长技术，制备出具有类Fabry-Pérot腔结构的生物质纤维复合材料。该结构可通过界面反射与相消干涉衰减电磁波能量，实现优异的电磁干扰屏蔽性能。同时，纤维交错构筑的多孔结构赋予材料低热导率，低热导率与高电导率协同作用，使该纤维复合材料具备显著的红外隐身/响应能力。相关研究内容以“Fabry-Pérot-like Cavity in Fiber Composites for Enhanced Dual-spectra Compatible Defense Performance”为题目，发表在期刊《Advanced Fiber Materials》上。

具有类Fabry-Pérot腔结构的生物质纤维复合材料制备过程

该研究选用商用纤维素纸作为静电纺丝接收基底，该基底具有排列规整的“微丘”结构，可使木质素/PAN纳米纤维在其上形成独特腔体结构。随后采用原位还原法将银纳米颗粒（AgNPs）负载于纤维上，形成了“AgNPs-空气-AgNPs”的类Fabry-Pérot腔结构。

图1 纤维复合材料的结构与形貌。

纤维复合材料屏蔽性能

纤维复合材料因负载AgNPs具备优异的导电性，且AgNPs还原时间延长可提升其电导率，最大值达到2338.9 S m−1，对应的纤维复合材料EMI屏蔽性能最大达到64.5 dB。

进一步分析了腔体大小对纤维复合材料屏蔽性能的影响。结果表明，在一定范围内，材料屏蔽性能与腔体大小呈正相关。这主要是因为“AgNPs-空气-AgNPs”类Fabry-Pérot腔尺寸越大，越有利于电磁波多次反射与散射。当两列振幅和频率相同的反射波相遇时，会产生增强的相消干涉，进而提升材料的电磁波损耗能力。

图2 纤维复合材料的电磁屏蔽性能。

图3 腔体结构对纤维复合材料电磁屏蔽性能的影响。

纤维复合材料的红外隐身性能&电热转换性能

此外，该纤维复合材料还具有优异的红外隐身性能。这主要是得益于腔体结构带来的低红外发射率与低热导率。纤维复合材料还表现出良好的电热转换性能，这对实现红外响应、主动发射热信号至关重要。研究发现通过调节外加电压，材料可动态模拟不同目标的红外特征，同时还具有良好的除冰能力。

图4 纤维复合材料的红外隐身性能。

图5 纤维复合材料的红外响应能力。

结论

该研究通过静电纺丝和原位生长技术，设计了一种具有类Fabry-Pérot腔结构的生物质纤维复合材料。该结构可通过界面反射和相消干涉的形式衰减电磁波能量，表现出优异的电磁屏蔽性能。此外，该结构表现出的低红外发射率和热导率赋予了纤维复合材料优异的红外隐身/响应性能。该工作为构建先进的双光谱兼容防御材料提供了新的设计思路。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s42765-025-00646-2