碳化聚苯胺/SiC杂化材料的设计及其热稳定电磁吸收性能增强研究

为解决电磁吸收材料(EMAMs)在结构稳定性与电磁损耗间的平衡难题，四川大学研究人员通过原位聚合-碳化法构建了碳化聚苯胺(C-PANi)包覆SiC的杂化材料。该研究引入致密界面层实现热稳定电磁吸收协同增强，C-PANi/SiC在4.40 GHz处反射损耗(RL)达-43.70 dB，经3小时煅烧后仍保持-50.58 dB的优异性能。该工作为开发多功能电磁吸收材料提供了新思路。

　　

随着5G/6G通信技术的快速发展和军事装备隐身需求的提升，电磁辐射污染问题日益突出。传统电磁吸收材料面临窄带宽、弱吸收、高温稳定性差等瓶颈，尤其在极端环境下性能急剧衰减。碳基材料虽具有轻质高损耗特性，但缺陷工程与热稳定性存在固有矛盾；碳化硅(SiC)陶瓷虽耐高温却电磁损耗不足。如何通过材料创新实现"鱼与熊掌兼得"，成为该领域重大挑战。

四川大学研究人员在《Materials Science and Engineering: B》发表的研究中，创新性地采用原位聚合-碳化策略，将氮掺杂碳化聚苯胺(C-PANi)与SiC核结合。通过SiC表面苯胺阳离子吸附引发聚合，再经一步碳化构建具有稳定界面杂化的C-PANi/SiC杂化材料。研究综合运用X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)和矢量网络分析等技术，系统评估了材料微观结构与电磁参数。

结果讨论部分显示：

1. 形貌表征证实C-PANi在SiC表面形成致密包覆层，碳化后比表面积提升至78.36 m²/g；
2. XPS分析揭示界面存在C-Si/N-Si共价键，促进电荷转移和偶极极化；
3. 电磁测试表明最优样品在1.8 mm厚度下有效吸收带宽达4.76 GHz，经高温老化后性能反而提升；
4. 热重分析显示材料在800°C仍保持稳定，归因于界面杂化的"分子锁"效应。

结论指出：该工作通过受限取向碳化策略实现了三大突破——首次在SiC表面构建具有空间约束特性的氮掺杂碳层；阐明界面C-Si/N-Si键对热稳定性的关键作用；创制出RL值达-50.58 dB且耐800°C高温的电磁吸收材料。这种"核-壳"结构设计理念为开发新一代军用隐身涂层和基站抗干扰材料提供了理论依据，特别是解决了航空航天装备在超音速飞行时表面高温与电磁隐身兼容的世界性难题。研究提出的界面杂化增强机制，对多功能陶瓷基复合材料开发具有普适性指导意义。