Flexible FeCo@(SiO2/C) hybrid nanofibers with hierarchical interfaces for microwave absorption and ablation-resistant property
本研究展示了具有分级界面的柔性FeCo@(SiO₂/C)杂化纳米纤维，该材料协同实现了高性能的微波吸收和卓越的抗烧蚀性能，使其成为极端高温环境下可穿戴电磁防护的理想选择。
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想象一下包围着我们的那片由无线电波和 Wi-Fi 信号组成的无形海洋。虽然这些波让我们的手机得以工作并让互联网飞速运转，但过多的电磁波四处跳动会产生“电子噪声”，干扰设备甚至泄露隐私信息。科学家们一直试图制造特殊的“海绵”来吸收这些电波，以防它们造成麻烦。但问题在于：大多数这类海绵要么沉重、易碎，要么在高温下会分解。这就像为了防晒而穿着一件沉重、僵硬的铅背心；虽然有效，但既不舒服也不切实际。真正的挑战在于创造一种既轻便、能像衬衫一样灵活弯曲，又足够坚韧以抵御火焰，同时还能像超级高效的吸尘器一样吸收电磁波的材料。
在这项研究中，来自电子科技大学的研究团队决定通过构建一种新型的“纳米纤维海绵”来解决这一问题。他们并非只是随机混合成分，而是设计了一个比人类发丝还要细的纤维内部的三层“三明治”结构。其核心是由一种热衷于与电磁波相互作用的磁性金属合金（FeCo）组成，外层包裹着一层玻璃状的二氧化硅（SiO2）保护壳，而这一切都被一个导电碳网络紧紧维系在一起。可以将其想象成一个微观森林：树木具有磁性，树皮是玻璃材质，而根系则是碳。研究人员发现，这种特定的组合创造了一个“多级界面”——这是一个高级说法，意指不同的层级创造出一条混乱且崎岖的路径，从而捕捉电磁波，使其减速，并将能量转化为无害的热量。
实验结果非常令人印象深刻。当他们测试这种新型柔性薄膜时，它吸收了大量的微波能量。在仅有 2.5 毫米厚度的情况下，该材料实现了 −56.25 dB 的最小反射损耗。为了直观理解，这意味着在最佳频率下，它吸收了撞击其表面电磁波的 99.9999%，这与现有的许多材料相比是一个巨大的飞跃。它还能够覆盖广泛的频率范围，有效吸收带宽达到了 5.3 GHz。但神奇之处不仅在于吸收电磁波。团队还展示了这种材料具有极强的韧性。当他们反复弯曲薄膜时，它并没有出现裂纹或断裂。更令人惊讶的是，当他们用酒精灯火焰直接对着材料烧了 180 秒时，它既没有燃烧也没有熔化；它仅仅是抵御了热量，证明了其“抗烧蚀”的特性。
论文指出，这种耐用性源于二氧化硅外壳起到了屏蔽作用，保护磁性金属核心免受生锈和燃烧的影响，而碳网络则有助于导电以消散能量。通过计算机模拟，研究人员还展示了这种材料可以显著降低物体的“雷达散射截面积”，使其更难被雷达探测到——在测试中，雷达特征从 11.75 dB·m² 降至 4.15 dB·m²。虽然这项研究通过实验室测试和模拟证实了这些特性，但作者将其视为迈向开发可穿戴电子设备和防护涂层的具有前景的一步，旨在应对电磁污染和极端高温，而非声称其是今天即可投入大规模生产的成品。通过将磁力、导电性和耐火性结合进单一的柔性纤维中，这项研究为创造能在最恶劣环境下生存、同时保持数字世界安静安全的材料提供了新的蓝图。
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