我科學家研制出新型氣凝膠材料

12日，記者從中國科學技術大學獲悉，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備動態電磁波吸收性能和熱防護的功能碳彈簧（FCS）氣凝膠材料。相關研究成果日前發表于國際學術期刊《先進材料》。

電磁波污染和熱損傷對精密儀器構成了嚴重威脅，這一威脅在航空航天領域表現尤為顯著。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，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電磁波吸收效率和熱防護效果的平衡。

針對電磁波吸收與熱防護性能共同優化中的關鍵沖突，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構使其電磁波吸收性能可調，并具備優異的熱防護能力。通過調整壓縮應變從0%到50%，該材料的可調有效吸收帶寬可達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，展現出新穎的吸波“開—關”切換能力。其超低的垂直熱導率和“面內高熱導，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。數值模擬表明，FCS在熱防護方面優于常見的蜂窩結構和各向同性多孔氣凝膠。此外，研究人員建立了“電磁—熱”雙重保護材料數據庫，直觀展示了該材料和設計策略的優越性。

科研人員表示，這項研究成果不僅闡明了限制具有優越電磁波吸收和熱防護特性的多功能氣凝膠材料發展的沖突，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據庫和“電磁—熱”雙重保護材料數據庫，也為直觀的性能比較提供了標準。