纖維素基吸波和隱身材料的研究進(jìn)展

摘要： 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，電磁污染日益嚴(yán)重，為了能更好的吸收電磁波，提升戰(zhàn)斗機等軍事設(shè)備的隱身性能，吸波材料的發(fā)展越發(fā)重要。纖維素基吸波材料具有輕質(zhì)柔韌、吸收頻帶寬、吸收強度高等優(yōu)點，能夠同時滿足材料輕量化和對有效吸收電磁波的需求，是隱身材料的研究熱點。本文綜述了纖維素基碳質(zhì)吸波材料和纖維素基復(fù)合吸波材料的研究進(jìn)展，總結(jié)了纖維素衍生碳材料、纖維素基不同維度復(fù)合材料的制備方法、結(jié)構(gòu)特點及其吸波性能。同時，探討了如何通過材料設(shè)計提升其吸波效率和阻抗匹配性能的方法，以滿足現(xiàn)代軍事裝備對隱身材料輕量化、高性能的需求，最后對其發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：纖維素；纖維素基碳材料；復(fù)合材料；吸波和隱身材料

中圖分類號：TS72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 02. 020

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，軍事防空體系日益完善，雷達(dá)探測和攔截能力顯著提升，因此戰(zhàn)斗機等軍事設(shè)備優(yōu)異的隱身性能在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境中顯得尤為重要。戰(zhàn)斗機等軍事設(shè)備隱身能力的提高，可以通過降低雷達(dá)回波強度、紅外輻射信號、噪音等方式實現(xiàn)，其中雷達(dá)回波強度的有效降低對提高設(shè)備隱身性能尤為突出，因此吸波材料是隱身技術(shù)的關(guān)鍵材料之一[1-2]。吸波材料吸收電磁波的原理是通過吸收、衰減入射的電磁波，并將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能或者其他形式的能量而被消耗掉，從而達(dá)到隱身的目的[1]。目前，軍事武器裝備中的吸波材料以傳統(tǒng)金屬材料為主，如鐵氧體[3]、金屬粒子[4]、合金[5]等，這些金屬材料雖然具有一定的吸波能力，但存在自身密度大、吸波頻帶窄和吸收效率低等問題，難以滿足軍事裝備輕質(zhì)高效的需求[6]。因此，開發(fā)新型輕質(zhì)柔韌、高效吸收電磁波的吸波材料成為當(dāng)前的研究重點之一。

纖維素是自然界中分布最廣、含量最豐富的可再生資源之一[7]。近年來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，“厚度薄、質(zhì)量輕、吸收頻帶寬、吸收能力強”的纖維素基吸波材料已被廣泛應(yīng)用到吸波領(lǐng)域。直接將纖維素碳化可制備具有多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且吸波性能優(yōu)異的纖維素衍生碳基吸波材料，將其與其他材料結(jié)合后可降低纖維素衍生碳本身存在的阻抗匹配差的問題[8-9]；同時，由于纖維素具有較大的長徑比、豐富的官能團(tuán)、良好的生物相容性和易于加工改性等優(yōu)點，其可以作為一種基質(zhì)材料，與其他吸波材料復(fù)合后制備具有優(yōu)異吸波性能的纖維素基復(fù)合吸波材料[10]。

綜上所述，纖維素基吸波材料具有質(zhì)量輕、密度小、吸波能力強等優(yōu)點[11]，能夠作為優(yōu)異的吸波材料應(yīng)用于航空航天、國防軍事等領(lǐng)域，以提升設(shè)備的隱身性能[12]。本文首先對不同纖維素原料進(jìn)行了簡單介紹；其次，詳細(xì)闡述了不同纖維素衍生碳基材料及纖維素基復(fù)合材料在吸波能力方面的研究進(jìn)展，并介紹了這些材料在提升軍事裝備隱身性能中的應(yīng)用；最后，對纖維素基吸波和隱身材料的前景進(jìn)行了展望和總結(jié)，以期為纖維素基吸波和隱身材料的后續(xù)研發(fā)與實際應(yīng)用提供借鑒。

1 纖維素

纖維素是世界上含量最豐富的生物質(zhì)資源，其中納米纖維素是纖維素中直徑lt;100 nm，長度可達(dá)微米級的纖維聚集體。不同提取分離方法可以獲得長度、形態(tài)均不同的納米纖維素，主要可以分為以下3類[13]：纖維素納米纖維（cellulose nanofibrils，CNF） [14]、纖維素納米晶體（cellulose nanocrystals，CNC） [15]、細(xì)菌纖維素（bacterial nanocellulose，BC） [16]。

CNF具有較高的介電常數(shù)和導(dǎo)電性，因此能有效吸收和衰減入射的電磁波，實現(xiàn)電磁波的高效吸收；CNF的高長徑比使其具有較大的比表面積，能夠增加電磁波與材料之間的接觸面積，更大范圍地吸收電磁波；此外，CNF具有密度低、強度高等特點，以其為原料制備的吸波材料具有質(zhì)量輕、機械強度高的優(yōu)勢[17]。

CNC 的晶體結(jié)構(gòu)賦予其高結(jié)晶度和高彈性模量的特性，使得其在承受外部應(yīng)力時能夠保持良好的穩(wěn)定性。此外，CNC 的納米級尺寸會增大比表面積、提高界面效應(yīng)，將CNC摻入吸波材料中可以提供結(jié)構(gòu)支撐，從而提高材料的強度和剛度等性能，因此，CNC及其衍生復(fù)合材料正逐漸成為一種備受關(guān)注的吸波材料[18]。

BC不同于從天然植物中提取的CNC和CNF，由特定細(xì)菌提取而來[19]。BC 本身具有較高的結(jié)晶度、純度、孔隙率和優(yōu)異的生物相容性，這些特性使形成的吸波結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，而且多孔結(jié)構(gòu)可以讓電磁波在材料內(nèi)部進(jìn)行多次反射與吸收，吸波性能更好[20]。除了這些納米纖維素外，棉基碳纖維、竹基碳纖維等生物質(zhì)原料均具有質(zhì)量輕、孔隙多等特點，在電磁吸波材料制備中具有獨特的優(yōu)勢[21]。

纖維素原料除了可以直接作為吸波材料應(yīng)用于吸波領(lǐng)域外，由于其良好的生物相容性、易于加工改性和表面豐富的羥基等優(yōu)點[22]，還可以作為基質(zhì)材料與其他材料進(jìn)行復(fù)合。當(dāng)纖維素原料與其他導(dǎo)電材料復(fù)合后，可以通過協(xié)同效應(yīng)增強材料的吸波性能，更好地發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)點，實現(xiàn)功能上的互補和優(yōu)化。目前，纖維素原料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于紡織材料[22]、傳感材料[23]和吸波材料[24]等領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。

2 纖維素基碳質(zhì)吸波及隱身材料

纖維素衍生碳材料具有輕質(zhì)、良好導(dǎo)電性、頻帶吸收寬、化學(xué)穩(wěn)定性好和環(huán)境友好等特點，可用于制備吸波材料[25]，在軍事裝備隱身、民用防電磁輻射等多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。碳材料由于其多孔性質(zhì)，一方面可以增強電磁波的吸收，另一方面可以有效降低吸波材料的質(zhì)量[8]。但纖維素難以直接合成多孔結(jié)構(gòu)材料，Pai等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在對纖維素進(jìn)行簡單處理后，即可以得到具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)的纖維素衍生碳基材料。其中，一些纖維素含量較高的生物質(zhì)材料，如竹材、棉花、稻殼和細(xì)菌纖維素等逐漸成為制備纖維素基碳材料的重要的前驅(qū)體[21]。

以金屬有機骨架（MOF） 為原料，可以制備具有高孔隙率和良好分散性能的磁性納米顆粒，然而通過傳統(tǒng)方法機械混合MOF與CNF存在MOF顆粒團(tuán)聚和顆粒-基質(zhì)界面損傷的問題，不利于材料的磁化和電磁兼容性，從而降低電導(dǎo)率，影響電磁波的吸收，因此為制備優(yōu)異的吸波材料，開發(fā)一種新型MOF和CNF復(fù)合方法尤為重要[27-29]。Qiao等[26]通過在CNF原位生長MOF的方法，構(gòu)建了一種具有高度分散且緊密連接的MOF衍生磁性納米膠囊的可持續(xù)仿生多孔碳?xì)饽z，合成過程如圖1所示。這種復(fù)合方法可以讓MOF顆粒均勻地依附在CNF壁表面，使多孔碳?xì)饽z具有高界面連通性，極大地提高了材料的柔韌性、機械堅固性、導(dǎo)電性和電磁波吸收性能。在填充率為2.2%時，碳?xì)饽z的有效吸收帶寬為6.0 GHz，最小反射損耗值為?70.8 dB。這種碳?xì)饽z作為隱身材料，不僅具備優(yōu)異的電磁波吸收性能，還具備良好的柔韌性和機械堅固性，從而可以應(yīng)對復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境。

具有表面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的吸波材料可以降低材料密度、增大比表面積，從而有效提高材料的吸波性能。Liang等[30]通過碳化與濕化學(xué)工藝制備了Ni/CNF雜化氣凝膠，結(jié)構(gòu)如圖2（a）所示。從圖2（a）可以看出，Ni/CNF雜化氣凝膠具有高長徑比的堅固網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，極大地提高了材料表面對電磁波的吸收，在填料添加量為0.8%時，有效吸收帶寬為4.0 GHz，最小有效反射損耗值為?70.1 dB，具有優(yōu)異的電磁波吸收性能。

BC作為生物質(zhì)吸波材料，具有三維網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)，有利于電磁波在內(nèi)部的多次反射，從而增強吸波能力。然而，純BC導(dǎo)電率太大會使材料阻抗失衡，吸波性能難以提升[32]。因此，可以將BC與磁性或非磁性材料結(jié)合，提高復(fù)合材料的吸波能力。Xu等[31]將碳化后的BC與非磁性MoSe2結(jié)合，并根據(jù)生物仿生原理制備了蛛網(wǎng)狀碳化BC/MoSe2 （BCM） 和磷摻雜的BC/MoSe2 （PBCM） 納米復(fù)合材料，制備過程如圖2（b）所示。BC與MoSe2結(jié)合后，BC電導(dǎo)率可達(dá)適中狀態(tài)，從而改善阻抗失衡問題，提高材料的吸波能力，最小反射損耗值為?53.33 dB。由BC制備的吸波材料具有高孔隙率、低密度和優(yōu)異電磁屏蔽能力的特點，滿足隱身材料的相關(guān)性能指標(biāo)，為制備新型高性能隱身材料提供了一種策略。

MoS2具有優(yōu)異的阻抗匹配性能，有利于提高吸波能力，但MoS2納米片易堆疊團(tuán)聚，導(dǎo)致吸波性能較差[33]。BC表面含有豐富的羥基，為金屬離子的吸附提供了大量位點，碳化后BC的獨特多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以有效防止納米塊的堆疊，經(jīng)過碳化和熱合成后可得到分層氣凝膠。Geng等[34]首先制備了具有三維互連多孔結(jié)構(gòu)的BC衍生CNF，然后用原位生長法將二維MoS2納米片聯(lián)接到CNF骨架上，有效防止了MoS2納米片的堆疊團(tuán)聚，得到二維MoS2納米片/三維碳納米纖維混合氣凝膠，在填料添加量為5% 時，有效吸收帶寬可達(dá)5.68 GHz，最小反射損耗值為?36.19 dB。

除了上述2種納米纖維素外，竹材、棉花等生物質(zhì)材料中也含有較多的纖維素，通過碳化后可以得到多孔隙纖維素衍生碳材料[21]。竹子是生活中常見的一種植物，其生長速度快，易于加工，且含有較多的纖維素和一定量的半纖維素與木質(zhì)素，在吸波領(lǐng)域展現(xiàn)出一定的應(yīng)用潛力。

纖維素與木質(zhì)素的含量與質(zhì)量比會影響石墨化碳的微觀結(jié)構(gòu)，通過控制纖維素和木質(zhì)素的質(zhì)量比，可以得到具有高結(jié)晶度的納米纖維、高密度缺陷的納米片或僅納米片的結(jié)構(gòu)。而不同的結(jié)構(gòu)則會影響材料的介電損耗能力和表面疏水性能，因此，可以通過調(diào)節(jié)纖維素與木質(zhì)素質(zhì)量比獲得不同微觀形狀的組合體，以得到吸波能力較強的材料[35]。Lou等[35]通過熱解竹基木質(zhì)纖維素納米原纖維制備石墨化碳吸波材料，當(dāng)纖維素與木質(zhì)素質(zhì)量比為8∶1時，可以得到高密度缺陷的納米片結(jié)構(gòu)，此時吸波材料的有效吸收帶寬為4.2 GHz，最小反射損耗值為?51.0 dB，最低匹配厚度為1.95 mm。這種石墨化碳吸波材料在碳化時可以去除大部分的氧和氫，從而使材料表面具有高疏水性，在pH值為弱酸/堿性條件下仍可以保持較高的有效吸收寬帶，這也為高效隱身材料在真實環(huán)境中的應(yīng)用提供了一種新方案。

竹材具有層狀梯度結(jié)構(gòu)，其外層由硅層、碳層和維管束最密部分組成[36]，這種結(jié)構(gòu)使材料難以浸入到竹材內(nèi)部，因此在使用竹材前必須對其進(jìn)行預(yù)處理。Yuan等[37]先將竹材進(jìn)行纖維化，獲得比表面積較大、易浸漬的竹束，再把經(jīng)乙醇/甲苯萃取后的竹束進(jìn)行浸漬碳化，運用原位熱解技術(shù)制備竹基磁性生物質(zhì)碳（FBMC），當(dāng)浸漬濃度為0.04 g/mL時，F(xiàn)BMC材料電磁吸波性能最好，在匹配厚度為3 mm時，有效吸收帶寬為13.40 GHz，最小反射損耗值為?28.21 dB。在改善竹材難浸漬問題后，竹材的層狀梯度結(jié)構(gòu)在電磁吸波方面有很大優(yōu)勢，這種結(jié)構(gòu)可以減少電磁波在材料表面的反射，使電磁波能夠更深入地進(jìn)入材料并被吸收。Pang等[38]首先將竹材進(jìn)行脫木質(zhì)素處理，然后在900 ℃下將處理好的竹材浸漬在含有Fe3+和Co2+溶液中熱解，使FeCo在具有多孔梯度的碳骨架上均勻分布，避免了FeCo的聚集，從而制備竹源碳/FeCo復(fù)合材料， 制備過程如圖3（a）所示。在匹配厚度為1.9 mm 時，竹源碳/FeCo 復(fù)合材料有效吸收帶寬為4.7 GHz，具有卓越的吸波性能。因此，利用竹材加工廢棄物獲得具有較高吸波性能的隱身材料，能夠?qū)崿F(xiàn)資源的充分利用和提高裝備隱身性能的雙贏。

棉花中纖維素含量接近100%，是天然纖維素來源之一，將棉花碳化后可以得到中空或多孔結(jié)構(gòu)，中空化的碳材料在降低密度的同時還能提升電磁損耗機制，從而提高材料的吸波性能[39-41]。Fang等[42]采用具有中空結(jié)構(gòu)的天然棉纖維作為碳源，與Co磁性顆粒結(jié)合，通過預(yù)處理和碳化工藝制備了空心多孔碳基磁性復(fù)合吸波體（PCMT/Co和CMT/Co），其中PCMT/Co為多孔微管結(jié)構(gòu)，CMT/Co為微管結(jié)構(gòu)，2種結(jié)構(gòu)均能有效促進(jìn)電磁波的多次反射與散射。當(dāng)匹配厚度為1.4 mm時，PCMT/C的有效吸收帶寬為6.7 GHz，最小反射損耗值為?36.8 dB； CMT/Co 有效吸收帶寬為5.5 GHz，最小反射損耗值為?31.2 dB。這種中空結(jié)構(gòu)不僅可以提高材料吸波性能，也可以有效降低材料質(zhì)量，滿足現(xiàn)代隱身材料對質(zhì)量和性能的需求，未來將會更廣泛地應(yīng)用于航空航天、軍事領(lǐng)域等需要輕質(zhì)隱身材料的領(lǐng)域中。

棉基碳纖維與BC類似，也存在抗阻匹配性能較差的缺點，除了可以將棉基碳纖維材料與磁性介質(zhì)損耗材料復(fù)合外，許多研究者也采用非磁性介質(zhì)損耗材料以提高抗阻匹配性能。Bi 等[28]利用聚吡咯（PPy）的高導(dǎo)電性、強穩(wěn)定性、低密度、易于合成等優(yōu)點，制備了Ni@Co/C@PPy復(fù)合材料，制備過程如圖3（b）所示。其中，Co/C與PPy能夠有效改善抗阻匹配性能，增強吸波能力，能夠在匹配厚度2.2 mm時，有效吸收帶寬達(dá)5.10 GHz，最小反射損耗值為?48.76 dB，具備良好的吸波性能。

3 纖維素復(fù)合吸波及隱身材料

纖維素衍生碳材料是一種良好的吸波材料，除此之外，纖維素還憑借天然可再生性、優(yōu)異生物相容性和易于加工改性等特性，可以作為一種理想的基質(zhì)材料與其他高性能吸波材料復(fù)合[10]。這些特性使纖維素能夠有效承載并分散其他吸波成分，從而優(yōu)化復(fù)合材料的整體性能。

3. 1 纖維素基一維復(fù)合吸波及隱身材料

纖維素基一維復(fù)合材料屬于宏觀復(fù)合纖維的范疇。常用的一維碳納米材料具有高長徑比、良好穩(wěn)定性等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中仍存在阻抗匹配差、易團(tuán)聚等缺點[43-44]。Kong等[45]以BC轉(zhuǎn)化而來的CNF為基質(zhì)材料，采取原位生長的方法在CNF表面生長無定形碳納米管（CNT），利用仿生原理制備了具有松葉層次結(jié)構(gòu)的CNT/CNF電磁吸波材料。一方面松葉層次結(jié)構(gòu)可以解決碳納米材料的團(tuán)聚問題，另一方面CNT具有適中的導(dǎo)電性，不會導(dǎo)致阻抗失配，最終當(dāng)CNT含量為63.2%時，CNT/CNF電磁波吸收材料的反射損耗值可達(dá)?68.2 dB，有效吸收帶寬為5.5 GHz，且匹配厚度僅為2.7 mm。仿生結(jié)構(gòu)的設(shè)計為改善傳統(tǒng)一維材料的缺點，使吸波材料更好地應(yīng)用在隱身技術(shù)中提供了新視角。

3. 2 纖維素基二維復(fù)合吸波及隱身材料

纖維素基二維復(fù)合吸波及隱身材料主要是柔性薄膜或紙張形式，薄膜相比于其他形狀的材料能更好的滿足吸波材料在國防軍事、航空航天中“更輕、更薄”的需要[24]。但薄膜在制備過程中如果處理不當(dāng)，如機械應(yīng)力過大、薄膜厚度不均勻或熱控制不當(dāng)，會影響薄膜材料的機械強度、柔韌性等，因此，制備能保持材料優(yōu)良特性的復(fù)合薄膜仍是一個巨大難題[46]。

石墨烯是一種二維碳材料，具有超高比表面積、輕薄柔韌、優(yōu)異的力學(xué)性能和良好的電磁特性等顯著優(yōu)點。Zhang等[46]將經(jīng)堿處理的聚丙烯腈（aPAN） 納米纖維增強氧化石墨烯（GO） 復(fù)合薄膜結(jié)合，得到石墨烯-碳納米纖維復(fù)合薄膜（GCFs），由于在處理過程中形成了“微氣袋”的特殊結(jié)構(gòu)，該薄膜顯示出優(yōu)異的抗拉伸強度和柔韌性，且表現(xiàn)出極低的密度（0.678 g/cm3） 和高電導(dǎo)率（1.72×105 S/m）。薄膜形狀的吸波材料在保持較高吸收效能的同時，還可以有效降低隱身材料的質(zhì)量，并且能夠更好地適應(yīng)裝備的復(fù)雜形狀，是一種可廣泛應(yīng)用的隱身材料。

MXene是一種具有類似于石墨烯的二維層狀結(jié)構(gòu)的金屬碳/氮化合物，具有出色的導(dǎo)電性和介電損耗能力，同時其獨特的二維結(jié)構(gòu)和豐富的表面官能團(tuán)增強了電磁波的反射、散射和吸收能力，提升了整體的電磁波吸收效率[47]。但Qing等[48]研究發(fā)現(xiàn)，MXene過高的電導(dǎo)率會降低阻抗匹配，使表面反射增多，從而降低電磁波吸收能力。為解決上述問題，現(xiàn)在很多研究將MXene與高介電損耗納米材料復(fù)合，以滿足阻抗匹配，提升材料吸波能力。彭昊[49]使用簡單的真空輔助過濾MXene 和CNF 的懸濁液的方法制備CNF/MXene復(fù)合薄膜，通過烘箱風(fēng)干和冷凍干燥2種方法進(jìn)行干燥，最終可以得到仿珍珠層致密層狀結(jié)構(gòu)和仿絲瓜瓤多層孔狀結(jié)構(gòu)2種不同的微觀結(jié)構(gòu)復(fù)合膜，通過磁性能評估發(fā)現(xiàn)，仿珍珠層結(jié)構(gòu)的最低反射損耗值達(dá)?42.2 dB，有效吸收帶寬為7.12 GHz；仿絲瓜瓤結(jié)構(gòu)的最低反射損耗值為?63.8 dB，并保持了7.35 GHz的有效吸收帶寬。MXene的高導(dǎo)電性使其成為吸波領(lǐng)域的研究熱點，將MXene 與生物質(zhì)資源CNF 復(fù)合后，可以得到輕質(zhì)柔韌的優(yōu)異吸波材料，為提高裝備隱身性能提供了一種可實行方案。

3. 3 纖維素基三維復(fù)合吸波及隱身材料

纖維素基三維復(fù)合吸波及隱身材料一般為氣凝膠、泡沫或海綿材料，在吸波領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。氣凝膠具有比表面積大、密度低、孔隙率高及相互連接的結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，在輕質(zhì)高效的吸波材料領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。Li等[50]通過對稻殼進(jìn)行900 ℃、4 h的高溫碳化和等離子體處理2個步驟，得到了碳?xì)饽z，在3.68 GHz的有效吸收帶寬下，最小反射損耗值為?43.0 dB，雖然制得的吸波材料吸波性能較好，但需要較高的碳化溫度和較長碳化時間，制備過程中能源浪費嚴(yán)重。Ｈao等[36]通過將CNT/纖維素氣凝膠在550 ℃下碳化2 h，制備具有優(yōu)異吸波性能的碳?xì)饽z，碳化時間與碳化溫度大大降低，這是因為加入的具有高介電損耗的CNT可以保證在低溫碳化下制備的碳?xì)饽z有理想的介電損耗，并且保留纖維素的多孔結(jié)構(gòu)，以增強電磁波的反射，獲得高吸波性能，最終在匹配厚度3 mm時，最寬吸收帶寬為7.42 GHz，最小反射損耗值為?43.6 dB。

泡沫材料同樣具有氣凝膠相似的優(yōu)點[51]，可以應(yīng)用于吸波材料的制備過程中。Geng等[34]利用冷凍干燥技術(shù)，使CNF 和聚乳酸（PLA） 形成三維骨架，將CNT和Fe3O4顆粒均勻散落在三維骨架上，形成連續(xù)性導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，制成CNF/CNT/PLA/Fe3O4泡沫，制備過程與吸波機制如圖4所示，且在最寬吸收帶寬為8.2 GHz時， 最小反射損耗值為?65.14 dB， 匹配厚度僅為3 mm?；旌吓菽司哂袃?yōu)異的吸波性能外，還表現(xiàn)出很高的光熱轉(zhuǎn)化性能和隔熱性能，是一種具有多功能發(fā)展?jié)摿Φ奈半[身材料。

CNT在電磁波吸收上具有較寬的頻率覆蓋、較強的寬帶吸收能力和極低的質(zhì)量，使得由CNT制成的吸波材料具有顯著優(yōu)勢，易于滿足現(xiàn)代軍事領(lǐng)域?qū)﹄[身材料輕量化、高效的要求。但在單獨使用CNT時，由于其介電常數(shù)較高，常導(dǎo)致阻抗匹配性能不佳[52]。因此，為優(yōu)化CNT吸波性能，通常將其與其他材料相結(jié)合，形成復(fù)合材料以應(yīng)用于吸波領(lǐng)域。Pitk?nen等[53]以具有開孔結(jié)構(gòu)的三聚氰胺泡沫塑料為前驅(qū)體，通過熱解法制備多孔碳泡沫支架，隨后采用化學(xué)氣相沉積法在多孔碳泡沫支架上沉積CNT與CNF，最終合成了輕質(zhì)泡沫碳- 碳納米管/碳納米纖維（CNTs/CNFs@C） 復(fù)合材料，其屏蔽機制如圖5（a）所示。該多孔碳納米復(fù)合材料在k 波段頻率（18.0～26.5 GHz） 下能夠高效吸收電磁波（90%）。此外，該復(fù)合材料還表現(xiàn)出優(yōu)異的疏水性、穩(wěn)定性和耐久性，因此這種材料作為隱身材料時，不僅能提供優(yōu)異的吸波性能，還可以使裝備更好地適應(yīng)各種環(huán)境，提高裝備的實用性與耐用性。泡沫材料在高溫環(huán)境下某些性能會降低， 限制其在高溫環(huán)境中的應(yīng)用。許海龍[54]通過冷凍干燥工藝制備了具有蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)的CNT/CNF泡沫復(fù)合材料，其最小反射損耗值為?27.0 dB，能夠覆蓋整個X波段。并且在CNT/CNF泡沫材料表面沉積Si3N4 陶瓷后形成了三明治夾層結(jié)構(gòu)，得到了在室溫至600 ℃范圍內(nèi)具有高溫吸波性能的CNT/CNF/Si3N4復(fù)合材料，制備過程如圖5（b）所示。這為制備具有寬頻、柔韌、且能適應(yīng)耐高溫惡劣環(huán)境的隱身材料貢獻(xiàn)了新思路。

4 結(jié)語

本文對纖維素基碳質(zhì)吸波材料和纖維素基復(fù)合吸波及隱身材料進(jìn)行了系統(tǒng)闡述和總結(jié)分析。纖維素是一種可再生、可持續(xù)且環(huán)境友好的天然高分子材料，在吸波及隱身材料領(lǐng)域有極大的應(yīng)用潛力。纖維素衍生碳基材料是一種優(yōu)異的吸波材料，在吸波領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，同時纖維素輕質(zhì)柔韌以及良好的穩(wěn)定性，使其與具有高導(dǎo)電性能的材料相輔相成，能夠制備出具有優(yōu)異吸波性能的纖維素基復(fù)合吸波材料。這些吸波材料具有高吸波效率和寬有效吸收帶寬，為隱身技術(shù)的實際應(yīng)用提供了有力支撐。然而，在纖維素基吸波材料的制備過程中仍需注意以下問題。

4. 1 纖維素基材料作為廣泛研究的生物質(zhì)資源，在提取過程中仍存在著提取難度大、獲得的納米纖維素質(zhì)量不均勻等問題。所以為了能夠更好地利用纖維素，并制備出具有輕質(zhì)高效的吸波材料，未來研究應(yīng)探索更為便捷的提取方法，以獲得更高質(zhì)量的纖維素原料，推動纖維素基吸波及隱身材料領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

4. 2 纖維素基吸波材料的制備工藝較為復(fù)雜，存在能耗大、成本高等問題，為滿足隱身技術(shù)的發(fā)展和實際應(yīng)用，仍需要探尋一種既簡單操作，降低成本、實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的制備方法。

4. 3 目前，纖維素基吸波材料的使用波段仍較窄，無法更好地滿足高端領(lǐng)域的應(yīng)用。提高纖維素基吸波材料的吸波性能可以從優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)和組成配比出發(fā)，以制備具有三維多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高材料吸波性能，使纖維素基吸波材料作為優(yōu)異隱身材料能更好的應(yīng)用在航空航天、國防軍事等高端領(lǐng)域中。

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（責(zé)任編輯：呂子露）

基金項目：天津科技大學(xué)國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（202410057026）。