ZnCdSe/Ni-Co普鲁士蓝类似物异质结的理性构建及其内置电场促进高效光催化产氢研究

为解决高速飞行器在极端环境下对轻量化、柔性化、耐高温电磁屏蔽材料的迫切需求，研究人员通过仿生鸟巢结构设计，结合二氧化硅纤维(SiO2)的耐高温特性与碳纤维(CF)的电磁屏蔽性能，成功开发出密度仅0.3 g/cm3、厚度0.35 mm的SiO2-CF复合薄膜。该材料在650℃高温下仍保持30 dB以上的平均电磁干扰屏蔽效能(EMI SE)，突破了传统陶瓷基材料厚重刚性的局限，为航空航天领域高温EMI屏蔽材料提供了创新解决方案。

　　

在现代电子设备与航空航天技术飞速发展的背景下，电磁干扰(EMI)已成为威胁设备安全与人体健康的重要问题。特别是高速飞行器在极端环境下，既需要抵御外部电磁干扰，又面临材料重量和耐高温性能的双重挑战。传统金属屏蔽材料笨重易氧化，而聚合物基导电复合材料(CPC)又难以承受350℃以上高温，这使得开发兼具轻量化、柔性和耐高温特性的EMI屏蔽材料成为亟待突破的科学难题。

针对这一技术瓶颈，受鸟巢结构启发，研究人员创新性地将二氧化硅纤维(SiO₂)与短切碳纤维(T300)复合，通过聚乙醇(PVA)和羧甲基纤维素钠(CMC)交联构建三维网络结构。这种仿生设计既保留了无机材料的耐高温特性(二氧化硅分解温度>1000℃)，又通过纤维间氢键作用实现了材料的柔性化。特别值得注意的是，碳纤维在复合材料中形成了连续的导电网络，而二氧化硅纤维不仅作为耐高温骨架，还能有效阻隔高温下氧气对碳纤维的侵蚀。

研究团队采用机械分散结合真空抽滤的制备工艺，通过调控纤维比例和取向分布，使材料在2.6-18 GHz频段展现出优异的电磁屏蔽性能。测试结果表明：室温下材料的比电磁屏蔽效能高达92.6 dB/mm，在650℃高温环境中仍能保持30 dB以上的平均屏蔽效能。力学性能测试显示，这种厚度仅0.35 mm的薄膜材料拉伸应力可达2 MPa，密度低至0.3 g/cm³，完美兼顾了轻量化与机械强度要求。

关键技术方法包括：1) 通过机械分散和真空抽滤技术构建纤维三维网络；2) 利用PVA和CMC形成氢键交联增强力学性能；3) 采用高温氧化实验评估材料稳定性；4) 通过矢量网络分析仪测试电磁参数。

【材料制备】部分详细阐述了SiO₂-CF薄膜的制备过程：首先对二氧化硅纤维进行机械预处理，然后与短切碳纤维按特定比例混合，加入粘结剂溶液后真空抽滤成型，最后通过热压工艺获得致密薄膜。

【机械性能】部分揭示：仿鸟巢的纤维缠结结构通过氢键作用显著提升了无机材料的柔韧性，同时二氧化硅纤维网络有效抑制了碳纤维在高温下的氧化降解，使复合材料在650℃仍保持结构完整性。

【电磁屏蔽性能】部分证明：碳纤维形成的连续导电网络是电磁屏蔽的主要贡献者，而二氧化硅纤维的引入不仅没有显著降低屏蔽效能，反而通过优化阻抗匹配提升了整体性能。高温测试表明，材料在650℃的X波段仍保持44 dB以上的屏蔽效能。

【结论】部分强调：这项工作通过仿生设计和材料创新，成功解决了高温EMI屏蔽材料领域长期存在的"轻量化-耐高温"矛盾，为航空航天等极端环境应用提供了新材料解决方案。特别是制备工艺简单，具备规模化生产潜力，对推动高温电磁屏蔽材料的实际应用具有重要意义。

该研究成果发表在《Journal of Alloys and Compounds》上，不仅为高温EMI屏蔽材料设计提供了新思路，其仿生结构设计理念也可拓展应用于其他多功能复合材料开发。研究获得国家自然科学基金(12027901)支持，展现了我国在新材料领域的基础研究实力。