電磁輻射“克星”來了

電磁輻射在日常生活中無處不在，除了太陽光等天然存在的電磁波，以電磁技術為基礎的許多發(fā)明創(chuàng)造都會向空間輻射電磁能量。如何進行電磁屏蔽成為人們關注的重點。

要使材料同時擁有優(yōu)秀的電磁屏蔽和高效的電磁吸收性能，實現(xiàn)綠色屏蔽是非常困難的，因為材料的吸收和反射之間存在相反的依賴關系。

為了解決這一難題，研發(fā)團隊研發(fā)出一種新型多孔納米纖維，能兼顧電磁吸收和電磁屏蔽性能?！斑@意味著材料自身的本征衰減性能很強，能夠同時實現(xiàn)電磁吸收和電磁屏蔽的工作狀態(tài)，對5G智能時代的通信及國防高技術領域的多功能器件研發(fā)有重要作用?！?/span>

在超長距離能量傳輸、軍事隱身、電氣設備抗干擾等方面，電磁功能材料發(fā)揮著重要作用。近幾十年來，涌現(xiàn)出許多有價值的吸波材料，如碳材料、金屬基材料、聚合物等。

該研發(fā)團隊表示：“傳統(tǒng)電磁屏蔽材料，主要通過金屬導電材料提高屏蔽效能，電磁波無法穿透材料，進而通過反射的方式進入環(huán)境，但強烈的二次反射可能會對其他‘鄰居’造成影響。”。

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為了消除電磁輻射對環(huán)境的影響，打造環(huán)境友好型屏蔽材料，該團隊開始以碳纖維為研究對象，研發(fā)兼?zhèn)涓咝щ姶盼蘸碗姶牌帘蔚牟牧?，即綠色電磁屏蔽材料。由于吸收和反射之間的競爭效應，電磁屏蔽材料的反射越高，其吸收能力就越弱，要找到電磁吸收和屏蔽性能的平衡點十分困難。

當時，國內外對電磁屏蔽材料的研究并不多，電磁特性與電子器件相結合是先進電磁器件創(chuàng)新和突破的必然趨勢。經過多年探索，該團隊通過雙模板方法剪裁了多孔鈷酸鎳納米纖維結構，調控了極化和電荷傳輸特性，獲得了兼?zhèn)潆姶盼蘸碗姶牌帘涡阅艿拟捤徭嚰{米纖維。這種多孔納米結構是由空心或多腔納米球組裝而成的纖維結構，表面粗糙不平，內部具有許多孔洞。粗糙的表面提高了多重反射和散射的概率，多重孔洞則降低了材料有效密度。

多孔納米結構具有輕質、高比表面、電子傳輸通道豐富等特征，在催化、超級電容器、電磁衰減等領域，特別是電磁屏蔽性能方面具有很大潛力，透徹理解其生長機理有助于調控材料性能，對促進電磁功能材料的創(chuàng)新具有重要意義。

讓材料兼顧高效電磁吸收和屏蔽的關鍵在于納米結構，該團隊已經對納米結構進行了上千次的材料實驗，但都沒有取得理想效果。雷達波一旦進入森林就會失效，這些自然現(xiàn)象突然點醒了該團隊：“原來生物界就有最好的吸波屏蔽材料結構！”為此，該團隊開始對自然界的屏蔽材料結構進行研究，并借助仿生學和生態(tài)學原理進行了大量嘗試，研究了工藝條件對材料結構和形貌的影響，據此剪裁材料的空間維度，構筑三維導電網絡。通過比對分析，最終獲得了具有優(yōu)秀電磁屏蔽屏蔽功能的鈷酸鎳納米纖維，探明了電磁吸收和電磁屏蔽的工作狀態(tài)及平衡機制。

目前，多孔納米纖維的綠色屏蔽性能還有進一步優(yōu)化的潛力，接下來還要進一步開發(fā)新的精確剪裁策略以提高材料的有效吸收，并找到平衡吸收和反射的最佳電導率，這也是未來的挑戰(zhàn)。

具有綠色屏蔽性能的多孔材料將在電磁吸收和電磁屏蔽領域發(fā)揮重要作用，特別是在電磁輻射防護器具、無線電磁傳感器件方面具有一定的市場前景。

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