隨著 5G 技術(shù)的快速發(fā)展，電磁波已廣泛應(yīng)用于軍事設(shè)施、醫(yī)療器械、航天航空以及電子通信等領(lǐng)域，然而由此產(chǎn)生的電磁污染（電磁輻射與干擾）不僅會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，還會(huì)威脅人體的健康。目前，減少或消除電磁污染常使用電磁屏蔽技術(shù)或吸波材料。然而，吸波材料在吸收電磁波過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，由于電子設(shè)備內(nèi)空間狹小，且如今功耗提升導(dǎo)致其發(fā)熱量也在增加，若無法及時(shí)將廢熱傳導(dǎo)至設(shè)備外部，就會(huì)出現(xiàn)電子產(chǎn)品性能下降甚至設(shè)備失效等問題，因此，在解決電磁污染的同時(shí)，散熱問題也不容忽視。如何在保證材料具有良好吸波性能的條件下，有效地提高其導(dǎo)熱性能成為了當(dāng)前電子設(shè)備應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

為達(dá)到理想的吸波效果，吸波材料應(yīng)滿足兩個(gè)基本要求：

（1）具有良好的阻抗匹配特性，以保證入射電磁波能夠順利地進(jìn)入吸波材料內(nèi)部而不會(huì)在表面發(fā)生反射；

（2）對電磁波的衰減能力強(qiáng)，能快速將進(jìn)入吸波材料的電磁波最大可能轉(zhuǎn)換成熱能耗散掉。

評估材料的吸波性能，可以采用反射損耗RL和RL< -10 dB的有效吸收帶寬等指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)。

吸波材料特性及原理可詳見以下往期文章：

1.電子電氣設(shè)備不可少：電磁屏蔽吸波功能材料

2.軍事武器的隱身好幫手：氧化鋁基吸波材料

而若將導(dǎo)熱材料應(yīng)用于電磁波吸收中，能夠有效解決電子設(shè)備的散熱以及電磁污染等問題。目前，應(yīng)用于電磁波吸收的導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱性能指標(biāo)為熱導(dǎo)率(λ)>1.5 W/(m·K)，影響材料熱導(dǎo)率主要有化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、溫度、分子量和密度等因素。根據(jù)組成成分的不同，可將導(dǎo)熱材料分為金屬材料、陶瓷材料、碳材料及其復(fù)合物和導(dǎo)熱高分子材料及其復(fù)合物。

常見導(dǎo)熱材料的熱導(dǎo)率

1.金屬材料

常見的金屬材料包括銀、銅、鎳、鐵等金屬及其合金，熱導(dǎo)率一般在10-400 W/(m·K)之間，金屬材料良好的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率使其在電磁波吸收應(yīng)用中備受重視。

其中，金屬銀的熱導(dǎo)率在常溫下為429 W/(m·K)，是導(dǎo)熱性能最好的材料之一，通過在吸波材料表面鍍銀，不僅能形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通路，提高其介電損耗；還可以增強(qiáng)界面極化，提高其衰減常數(shù)和阻抗匹配，從而增強(qiáng)其吸波性能。

相比于金屬銀，金屬銅不僅具有高熱導(dǎo)率（λ = 400 W/(m·K)）和電導(dǎo)率（σ = 5.96× 107S/m），并且其易加工、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，在電磁波吸收的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。其吸波機(jī)制主要為介電損耗，即在外加磁場的作用下，金屬內(nèi)部的自由電子發(fā)生定向移動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而克服金屬材料內(nèi)部固有電阻產(chǎn)生的焦耳熱來消耗電磁波能量。

銀銅鎳等導(dǎo)電金屬用于電磁屏蔽/吸波

與銀、銅等導(dǎo)電金屬的應(yīng)用不同，磁性金屬（鐵、鎳、鈷等及其合金）在外加磁場下發(fā)生磁化和反磁化過程，并通過渦流損耗和共振吸收來衰減電磁波能量并將其轉(zhuǎn)換為熱能，從而達(dá)到電磁波吸收效果。然而磁性金屬密度大、導(dǎo)電性能差的缺點(diǎn)限制其在電磁波吸收領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，研究者們將導(dǎo)電金屬與磁性金屬同時(shí)應(yīng)用于電磁波吸收中，利用導(dǎo)電金屬的介電損耗以及磁性金屬的磁損耗的協(xié)同作用，提高材料的吸波效果。

導(dǎo)電材料與磁性材料吸波機(jī)理

2.陶瓷材料

目前，常用的陶瓷導(dǎo)熱材料有氧化鋁、碳化硅、氮化硼、氮化鋁等。在電磁波吸收的應(yīng)用中，陶瓷材料主要通過介電損耗（主要為傳導(dǎo)損耗和極化損耗）來將電磁波能量轉(zhuǎn)化為熱能。此外，鐵氧體和其他含有磁性金屬的陶瓷材料還具有磁損耗（主要為磁滯損耗和渦流損耗）。并且，陶瓷材料內(nèi)部存在多種電子和晶體缺陷，能夠產(chǎn)生多重反射和散射效應(yīng)。

通過合理調(diào)控陶瓷材料的晶粒取向、缺陷密度、材料厚度等因素，可以有效減少電磁波的二次反射，提高材料的吸波性能。研究發(fā)現(xiàn)，添加一定量的氧化鋁陶瓷可以改善材料的阻抗失配，促進(jìn)對電磁波的反射和散射，從而提高吸波性能。而相比于單一的氧化鋁陶瓷，多種陶瓷材料的復(fù)合可以擁有更寬的吸波頻帶和更高的導(dǎo)熱性能，使其在惡劣的環(huán)境下具有更大的適用性。例如將SiC與Al₂O₃復(fù)合，具有良好的介電性能以及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，能夠應(yīng)用于高溫環(huán)境下的電磁波吸收。不僅如此，SiC還能制備成三維多孔結(jié)構(gòu)，與其它結(jié)構(gòu)相比，構(gòu)筑多孔的導(dǎo)通結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)材料導(dǎo)熱性能和吸波性能的大幅度提升。

SiC多孔陶瓷用于高溫吸波

3.碳材料及其復(fù)合物

碳材料具有高熱導(dǎo)率和良好的吸波性能，因此在電磁波吸收領(lǐng)域中表現(xiàn)出了極大的應(yīng)用潛力。碳導(dǎo)熱材料包括碳納米管、石墨烯和碳纖維等，碳納米管熱導(dǎo)率為 6600W/(m·K)，石墨烯的熱導(dǎo)率為3000-5000 W/(m·K)，是已知材料中熱導(dǎo)率最高的兩種碳材料。碳材料主要通過介電損耗（主要為傳導(dǎo)損耗和極化損耗）來衰減電磁波，由于具有高比表面積、高介電常數(shù)和優(yōu)異的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，被廣泛用于高頻電磁波吸收材料的制備。

碳材料用于吸波

然而，純碳材料過高的電導(dǎo)率反而會(huì)使其阻抗失配，不利于電磁波的吸收。因此，研究者們通過將碳材料與其他材料進(jìn)行復(fù)合構(gòu)建核殼、多孔、中空、多層、花狀等特殊結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)吸波材料的阻抗匹配和界面極化，從而增強(qiáng)其介電損耗，提升材料的吸波性能。

中空碳納米結(jié)構(gòu)吸波材料

目前大部分的研究仍集中在導(dǎo)熱材料或電磁波吸收材料的單一功能上。通常情況下，晶體缺陷、晶粒尺寸、導(dǎo)熱填料的含量對吸波和導(dǎo)熱性能的改善作用是相反的，難以實(shí)現(xiàn)吸波性能和導(dǎo)熱性能的同步提升。因此，協(xié)同改善材料的導(dǎo)熱性能和吸波性能是目前研究的關(guān)鍵。研究者們通過化學(xué)修飾、界面調(diào)控、構(gòu)筑三維多孔或花狀多孔結(jié)構(gòu)等方式來提升材料的導(dǎo)熱和吸波性能。金屬氧化物、磁性材料與碳材料的復(fù)合不僅能夠改善復(fù)合材料的磁損耗、介電損耗和阻抗匹配，從而提升其吸波性能。同時(shí)還能創(chuàng)建有效的聲子/電子傳輸路徑，形成導(dǎo)熱通路，使得復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)熱性能。

金屬氧化物/磁性材料/碳材料復(fù)合材料的吸波性能和導(dǎo)熱性能

4.導(dǎo)熱高分子材料及其復(fù)合物

有機(jī)高分子材料由于具有重量輕、易加工、低成本等特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，然而高分子材料的熱導(dǎo)率容易受其形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)無定形區(qū)域占主導(dǎo)地位時(shí)，會(huì)引起聲子的散射，形成界面熱阻，使其導(dǎo)熱性能相對較差，大約為0.1-0.5 W/(m·K)。除了通過改變高分子材料的分子結(jié)構(gòu)以形成高度有序排列的晶體結(jié)構(gòu)來減少聲子散射從而提高其熱導(dǎo)率外，行業(yè)內(nèi)普遍采用通過在高分子基體中添加金屬、陶瓷、碳材料等高導(dǎo)熱填料來形成導(dǎo)熱通路，制備出各種具有高導(dǎo)熱性能的高分子復(fù)合材料。

而在電磁波吸收的應(yīng)用中，有機(jī)高分子材料復(fù)雜有序的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠提供多重界面，當(dāng)電磁波入射到材料表面時(shí)，界面上的分子或離子受到電場的作用而發(fā)生定向移動(dòng)，引起電磁波能量的轉(zhuǎn)換和衰減。近年來，研究者們通過將有機(jī)高分子與其他導(dǎo)熱或吸波填料進(jìn)行復(fù)合，研究其形態(tài)、結(jié)構(gòu)和分布來促進(jìn)材料導(dǎo)熱和吸波性能的提升。

導(dǎo)熱吸波硅膠墊片

總結(jié)

將不同類型的導(dǎo)熱材料應(yīng)用于電磁波吸收中，利用材料的協(xié)同互補(bǔ)作用并通過調(diào)控其形貌、結(jié)構(gòu)、分布可同時(shí)提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱和吸波性能。盡管導(dǎo)熱材料在電磁波吸收應(yīng)用方面已取得長足的進(jìn)步，但其研究及應(yīng)用仍存在功能化單一、應(yīng)用較窄等諸多的不足，未來導(dǎo)熱吸波一體化材料的研究應(yīng)用拓展主要集中于多功能化如疏水性、抗振動(dòng)性、抗輻射性、高溫穩(wěn)定性和耐久性的導(dǎo)熱材料，以適應(yīng)苛刻環(huán)境中的電磁波吸收需求，開發(fā)大規(guī)模、低成本的制備技術(shù)以及進(jìn)一步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域等方向。

參考來源：

1.蘇蒸棠，陳飛，周致君，陳剛，蔡葦，符春林．導(dǎo)熱吸波一體化材料的研究

進(jìn)展[J/OL]．復(fù)合材料學(xué)報(bào)；

2.賈琨，王喆，王蓬，等. 導(dǎo)熱吸波材料的研究進(jìn)展及未來發(fā)展方向[J]. 材料導(dǎo)報(bào)；

3.鄒海仲，萬煒濤，楊名華，等.復(fù)合粉體制備導(dǎo)熱吸波材料及其表征[J].高分子材料科學(xué)與工程。

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