将N掺杂碳泡沫@Ni@C@AB硅弹性体的微波吸收、隔热和传感性能结合起来，应用于兼具雷达和红外兼容性的隐身技术及运动监测领域

《Journal of Materials Science & Technology》：Combining microwave absorption, thermal insulation, and sensing properties of N-doped C foams@Ni@C@AB silicone elastomers for applications in Radar-infrared compatible stealth and motion monitoring

通过冷冻干燥和退火工艺制备N-掺杂碳泡沫@镍@碳（NCFs@Ni@C）弹性体，调控m和Ta优化材料组成、异质界面及孔隙结构，实现电磁波吸收（RLmin=-52.25dB，带宽10.16GHz）、雷达红外兼容隐身（RCS降低47.41dB·m2）、应变传感（灵敏度>5.2）、防水（接触角133°-138°）及热绝缘（0.104-0.179W/(m·K)）等多功能特性，并揭示其热传导与介电损耗机制。

　　科学家们在多功能材料的研究中取得了重要进展，特别是针对下一代可穿戴电子设备的需求。这些设备需要具备良好的机械柔韧性、热绝缘性、微波吸收能力和应变-应力传感性能，但这些特性往往相互冲突，难以同时优化。为此，研究团队开发了一种简单而高效的合成方法，制备出一种名为N-doped C foams@Ni@C（NCFs@Ni@C）的弹性体材料。该材料通过冷冻干燥和退火工艺制备，并且其组成、异质界面、结构、孔隙率和缺陷可以通过调节退火温度（Ta）和Ni(Ac)?·4H?O的质量（m）进行精确控制，从而实现对电、磁、热和疏水性能的显著提升。

NCFs@Ni@C材料的核心在于将Ni@C核壳纳米颗粒选择性地引入N掺杂的碳泡沫中。这种结构不仅增强了材料的磁性能，还显著提高了其导电性和疏水性（接触角达到133°–138°）。同时，该材料被AB硅橡胶封装后，展现出极强的超宽频带微波吸收能力（反射损耗RL_min = -52.25 dB，有效吸收带宽EAB = 10.16 GHz）以及显著的雷达散射截面（RCS）降低效果（最高可达-47.41 dB m2），这使其在雷达隐身和电磁防护方面具有巨大潜力。此外，NCFs@Ni@C材料还表现出优异的热绝缘性（0.104–0.179 W/(m·K)）、应变敏感性、稳定性和耐用性，能够满足复杂环境下的应用需求。

研究团队进一步分析了NCFs@Ni@C材料的热传导机制和微波吸收机制，结合实验数据与理论计算，包括密度泛函理论（DFT）、CST和COMSOL仿真。这些分析揭示了材料在热传递和微波吸收方面的协同作用，为材料的性能优化提供了理论依据。通过调节Ni@C纳米颗粒的含量和退火温度，材料的物理和化学性能得到了全面增强，使其能够同时实现电磁波吸收、雷达-红外兼容隐身、防水、应变传感和热绝缘等多种功能。

在应用方面，NCFs@Ni@C材料因其优异的性能，展现出广阔的应用前景。它不仅可以用于雷达检测和卫星通信等军事领域，还可以用于电磁封装和远程传感等民用领域。这种材料的多功能性使其在可穿戴电子设备中具有重要价值，尤其是在需要同时满足电磁防护、热管理、运动监测和环境适应性的场景中。研究团队通过实验验证了该材料的性能，并结合理论分析，揭示了其在不同功能之间的协同效应。

为了实现材料的高质量合成，研究团队采用了一种基于冷冻干燥和退火工艺的简单方法。该方法以氨基甲酸酯泡沫（MF）为前驱体，通过调整Ni(Ac)?·4H?O的质量和退火温度，可以精确调控材料的组成、异质界面、结构、孔隙率和缺陷。这些参数的调控直接影响了材料的电、磁、热和疏水性能。通过这种调控，NCFs@Ni@C材料在多个性能指标上都得到了显著提升，包括导电性、磁性、热绝缘性和疏水性。

此外，研究团队还探索了NCFs@Ni@C材料的结构优化策略。例如，通过调节材料的孔隙率和缺陷密度，可以进一步增强其微波吸收能力和热绝缘性能。这种结构优化不仅提高了材料的性能，还增强了其在复杂环境下的稳定性。同时，通过引入Ni@C纳米颗粒，材料的异质界面得到了优化，从而提升了其在电磁波吸收和雷达隐身方面的性能。

在实际应用中，NCFs@Ni@C材料因其优异的性能，展现出多种潜在用途。例如，它可以作为雷达隐身材料，有效降低雷达散射截面，同时具备良好的热绝缘性能，减少红外辐射差异。此外，该材料还可以作为应变传感器，用于监测人体运动和生理状态，具有良好的弹性、柔韧性和应变敏感性。这种多功能性使其在可穿戴电子设备、智能医疗和航空航天等领域具有重要价值。

研究团队还强调了该材料在热传导和微波吸收方面的协同作用。通过实验和理论计算，他们发现材料的热传导主要依赖于其固相含量、封闭气体的低热导率以及孔隙结构。同时，材料的微波吸收能力则受到其异质界面、缺陷密度和磁/介电组分的影响。这些协同作用使得NCFs@Ni@C材料能够在多个性能指标上达到最佳平衡，从而实现其在多领域中的广泛应用。

为了确保材料的稳定性和耐用性，研究团队在合成过程中引入了AB硅橡胶作为封装材料。这种封装不仅保护了材料的结构，还增强了其在潮湿环境下的性能表现。通过真空浸渍的方式，将AB硅橡胶填充到NCFs的孔隙中，形成了稳定的NCFs@Ni@C@ABS弹性体。这种弹性体不仅保持了材料原有的性能，还进一步提升了其在复杂环境下的适用性。

研究团队还对材料的制备工艺进行了深入探讨。他们发现，通过调节Ni(Ac)?·4H?O的质量和退火温度，可以精确控制材料的组成和结构。这种调控不仅提高了材料的性能，还使得其在不同应用场景下具有更好的适应性。例如，在需要较高导电性和磁性的场景中，可以适当增加Ni@C纳米颗粒的含量；而在需要更好热绝缘性的场景中，则可以通过优化孔隙结构和缺陷密度来实现。

此外，研究团队还对材料的异质界面进行了研究。他们发现，异质界面的形成对材料的性能有重要影响。通过引入Ni@C纳米颗粒，材料的异质界面得到了优化，从而提升了其在电磁波吸收和雷达隐身方面的性能。这种异质界面不仅增强了材料的电磁波吸收能力，还提高了其在复杂环境下的稳定性。

在性能测试方面，研究团队对NCFs@Ni@C材料进行了系统的评估。他们发现，该材料在多个性能指标上都表现出色，包括导电性、磁性、热绝缘性和疏水性。这些性能的提升不仅满足了可穿戴电子设备的需求，还为其他应用领域提供了新的可能性。例如，在需要同时满足电磁防护和热管理的场景中，NCFs@Ni@C材料可以作为一种理想的解决方案。

研究团队还对材料的热传导机制进行了深入分析。他们发现，材料的热传导主要依赖于其固相含量、封闭气体的低热导率以及孔隙结构。通过调节这些参数，可以进一步优化材料的热绝缘性能。例如，通过增加固相含量，可以提高材料的热传导能力；而通过优化孔隙结构和缺陷密度，则可以降低材料的热导率，提高其热绝缘性能。

在实际应用中，NCFs@Ni@C材料因其优异的性能，展现出多种潜在用途。例如，它可以作为雷达隐身材料，有效降低雷达散射截面，同时具备良好的热绝缘性能，减少红外辐射差异。此外，该材料还可以作为应变传感器，用于监测人体运动和生理状态，具有良好的弹性、柔韧性和应变敏感性。这种多功能性使其在可穿戴电子设备、智能医疗和航空航天等领域具有重要价值。

研究团队还强调了该材料在多领域中的应用潜力。例如，在雷达检测和卫星通信等军事领域，NCFs@Ni@C材料可以用于电磁防护和雷达隐身。在可穿戴电子设备中，该材料可以用于运动监测和生理状态检测。在智能医疗领域，该材料可以用于开发新型的柔性传感器和监测设备。在航空航天领域，该材料可以用于热管理和电磁防护。这些应用的广泛性使得NCFs@Ni@C材料具有重要的研究价值和应用前景。

综上所述，NCFs@Ni@C材料的开发为多领域中的应用提供了新的解决方案。通过冷冻干燥和退火工艺的调控，材料的组成、异质界面、结构、孔隙率和缺陷得到了优化，从而实现了电、磁、热和疏水性能的显著提升。这种材料的多功能性使其在可穿戴电子设备、智能医疗、航空航天和军事防护等领域具有重要价值。研究团队通过实验和理论计算，揭示了材料的性能机制，为后续研究和应用提供了理论依据。