科技日報記者 吳長鋒
記者11月12日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校俞書宏院士團隊提出一種雙重防護材料的設計策略，設計并制備了一種兼?zhèn)鋭討B(tài)電磁波吸收性能和熱防護的功能碳彈簧（FCS）氣凝膠材料。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于國際學術(shù)期刊《先進材料》上。
電磁波污染和熱損傷對精密儀器構(gòu)成了嚴重威脅，在航空航天領域表現(xiàn)尤為顯著。功能性氣凝膠因其吸收電磁波和隔絕熱量的特性，提供了一種具有良好前景的解決方案。然而，優(yōu)化這兩種特性時常面臨著一個以往研究中常常被忽略的矛盾：熱防護效果與材料厚度呈正相關(guān)，而電磁波吸收只能在特定厚度下達到最佳效果。因此，目前的研究難以同時實現(xiàn)電磁波吸收效率和熱防護效果的平衡。
為了解決電磁波吸收與熱防護性能共同優(yōu)化中的關(guān)鍵沖突，研究團隊制備的FCS材料，以其獨特的仿足弓長程層狀多拱微觀結(jié)構(gòu)使其電磁波吸收性能可調(diào)，并具備優(yōu)異的熱防護能力。通過調(diào)整壓縮應變從0%到50%，該材料的可調(diào)有效吸收帶寬可達13.4吉赫茲，覆蓋了測量頻譜的84%。值得注意的是，在75%應變時，吸收帶寬降至0吉赫茲，展現(xiàn)出新穎的吸波“開-關(guān)”切換能力。其超低的垂直熱導率和“面內(nèi)高熱導，面外低熱導”的各向異性熱傳導機制賦予FCS卓越的熱防護效果。數(shù)值模擬表明，F(xiàn)CS在熱防護方面優(yōu)于常見的蜂窩結(jié)構(gòu)和各向同性多孔氣凝膠。此外，研究人員建立了“電磁-熱”雙重保護材料數(shù)據(jù)庫，直觀展示了該材料和設計策略的優(yōu)越性。
科研人員表示，這項研究成果不僅闡明了限制具有優(yōu)越電磁波吸收和熱防護特性的多功能氣凝膠材料發(fā)展的沖突，而且進一步提出了一個新的設計范式。其所提出的隔熱材料數(shù)據(jù)庫和“電磁-熱”雙重保護材料數(shù)據(jù)庫也為直觀的性能比較提供了標準。
（中國科學技術(shù)大學供圖）
