隨著 5G 技術的快速發展，電磁波已廣泛應用于軍事設施、醫療器械、航天航空以及電子通信等領域，然而由此產生的電磁污染（電磁輻射與干擾）不僅會影響設備的正常運行，還會威脅人體的健康。目前，減少或消除電磁污染常使用電磁屏蔽技術或吸波材料。然而，吸波材料在吸收電磁波過程中會產生大量的熱，由于電子設備內空間狹小，且如今功耗提升導致其發熱量也在增加，若無法及時將廢熱傳導至設備外部，就會出現電子產品性能下降甚至設備失效等問題，因此，在解決電磁污染的同時，散熱問題也不容忽視。如何在保證材料具有良好吸波性能的條件下，有效地提高其導熱性能成為了當前電子設備應用的關鍵問題。

為達到理想的吸波效果，吸波材料應滿足兩個基本要求：

（1）具有良好的阻抗匹配特性，以保證入射電磁波能夠順利地進入吸波材料內部而不會在表面發生反射；

（2）對電磁波的衰減能力強，能快速將進入吸波材料的電磁波最大可能轉換成熱能耗散掉。

評估材料的吸波性能，可以采用反射損耗RL和RL< -10 dB的有效吸收帶寬等指標進行綜合評價。

吸波材料特性及原理可詳見以下往期文章：

1.電子電氣設備不可少：電磁屏蔽吸波功能材料

2.軍事武器的隱身好幫手：氧化鋁基吸波材料

而若將導熱材料應用于電磁波吸收中，能夠有效解決電子設備的散熱以及電磁污染等問題。目前，應用于電磁波吸收的導熱材料的導熱性能指標為熱導率(λ)>1.5 W/(m·K)，影響材料熱導率主要有化學成分、晶體結構、溫度、分子量和密度等因素。根據組成成分的不同，可將導熱材料分為金屬材料、陶瓷材料、碳材料及其復合物和導熱高分子材料及其復合物。

常見導熱材料的熱導率

1.金屬材料

常見的金屬材料包括銀、銅、鎳、鐵等金屬及其合金，熱導率一般在10-400 W/(m·K)之間，金屬材料良好的熱導率和電導率使其在電磁波吸收應用中備受重視。

其中，金屬銀的熱導率在常溫下為429 W/(m·K)，是導熱性能最好的材料之一，通過在吸波材料表面鍍銀，不僅能形成導電網絡通路，提高其介電損耗；還可以增強界面極化，提高其衰減常數和阻抗匹配，從而增強其吸波性能。

相比于金屬銀，金屬銅不僅具有高熱導率（λ = 400 W/(m·K)）和電導率（σ = 5.96× 107S/m），并且其易加工、價格低廉的特點，在電磁波吸收的應用受到了廣泛關注。其吸波機制主要為介電損耗，即在外加磁場的作用下，金屬內部的自由電子發生定向移動產生感應電流，從而克服金屬材料內部固有電阻產生的焦耳熱來消耗電磁波能量。

銀銅鎳等導電金屬用于電磁屏蔽/吸波

與銀、銅等導電金屬的應用不同，磁性金屬（鐵、鎳、鈷等及其合金）在外加磁場下發生磁化和反磁化過程，并通過渦流損耗和共振吸收來衰減電磁波能量并將其轉換為熱能，從而達到電磁波吸收效果。然而磁性金屬密度大、導電性能差的缺點限制其在電磁波吸收領域的應用。因此，研究者們將導電金屬與磁性金屬同時應用于電磁波吸收中，利用導電金屬的介電損耗以及磁性金屬的磁損耗的協同作用，提高材料的吸波效果。

導電材料與磁性材料吸波機理

2.陶瓷材料

目前，常用的陶瓷導熱材料有氧化鋁、碳化硅、氮化硼、氮化鋁等。在電磁波吸收的應用中，陶瓷材料主要通過介電損耗（主要為傳導損耗和極化損耗）來將電磁波能量轉化為熱能。此外，鐵氧體和其他含有磁性金屬的陶瓷材料還具有磁損耗（主要為磁滯損耗和渦流損耗）。并且，陶瓷材料內部存在多種電子和晶體缺陷，能夠產生多重反射和散射效應。

通過合理調控陶瓷材料的晶粒取向、缺陷密度、材料厚度等因素，可以有效減少電磁波的二次反射，提高材料的吸波性能。研究發現，添加一定量的氧化鋁陶瓷可以改善材料的阻抗失配，促進對電磁波的反射和散射，從而提高吸波性能。而相比于單一的氧化鋁陶瓷，多種陶瓷材料的復合可以擁有更寬的吸波頻帶和更高的導熱性能，使其在惡劣的環境下具有更大的適用性。例如將SiC與Al₂O₃復合，具有良好的介電性能以及優異的熱穩定性和化學穩定性等優點，能夠應用于高溫環境下的電磁波吸收。不僅如此，SiC還能制備成三維多孔結構，與其它結構相比，構筑多孔的導通結構能夠實現材料導熱性能和吸波性能的大幅度提升。

SiC多孔陶瓷用于高溫吸波

3.碳材料及其復合物

碳材料具有高熱導率和良好的吸波性能，因此在電磁波吸收領域中表現出了極大的應用潛力。碳導熱材料包括碳納米管、石墨烯和碳纖維等，碳納米管熱導率為 6600W/(m·K)，石墨烯的熱導率為3000-5000 W/(m·K)，是已知材料中熱導率最高的兩種碳材料。碳材料主要通過介電損耗（主要為傳導損耗和極化損耗）來衰減電磁波，由于具有高比表面積、高介電常數和優異的導熱性和導電性，被廣泛用于高頻電磁波吸收材料的制備。

碳材料用于吸波

然而，純碳材料過高的電導率反而會使其阻抗失配，不利于電磁波的吸收。因此，研究者們通過將碳材料與其他材料進行復合構建核殼、多孔、中空、多層、花狀等特殊結構來調節吸波材料的阻抗匹配和界面極化，從而增強其介電損耗，提升材料的吸波性能。

中空碳納米結構吸波材料

目前大部分的研究仍集中在導熱材料或電磁波吸收材料的單一功能上。通常情況下，晶體缺陷、晶粒尺寸、導熱填料的含量對吸波和導熱性能的改善作用是相反的，難以實現吸波性能和導熱性能的同步提升。因此，協同改善材料的導熱性能和吸波性能是目前研究的關鍵。研究者們通過化學修飾、界面調控、構筑三維多孔或花狀多孔結構等方式來提升材料的導熱和吸波性能。金屬氧化物、磁性材料與碳材料的復合不僅能夠改善復合材料的磁損耗、介電損耗和阻抗匹配，從而提升其吸波性能。同時還能創建有效的聲子/電子傳輸路徑，形成導熱通路，使得復合材料具有良好的導熱性能。

金屬氧化物/磁性材料/碳材料復合材料的吸波性能和導熱性能

4.導熱高分子材料及其復合物

有機高分子材料由于具有重量輕、易加工、低成本等特點受到廣泛關注，然而高分子材料的熱導率容易受其形態結構的影響。當無定形區域占主導地位時，會引起聲子的散射，形成界面熱阻，使其導熱性能相對較差，大約為0.1-0.5 W/(m·K)。除了通過改變高分子材料的分子結構以形成高度有序排列的晶體結構來減少聲子散射從而提高其熱導率外，行業內普遍采用通過在高分子基體中添加金屬、陶瓷、碳材料等高導熱填料來形成導熱通路，制備出各種具有高導熱性能的高分子復合材料。

而在電磁波吸收的應用中，有機高分子材料復雜有序的拓撲結構能夠提供多重界面，當電磁波入射到材料表面時，界面上的分子或離子受到電場的作用而發生定向移動，引起電磁波能量的轉換和衰減。近年來，研究者們通過將有機高分子與其他導熱或吸波填料進行復合，研究其形態、結構和分布來促進材料導熱和吸波性能的提升。

導熱吸波硅膠墊片

總結

將不同類型的導熱材料應用于電磁波吸收中，利用材料的協同互補作用并通過調控其形貌、結構、分布可同時提高復合材料的導熱和吸波性能。盡管導熱材料在電磁波吸收應用方面已取得長足的進步，但其研究及應用仍存在功能化單一、應用較窄等諸多的不足，未來導熱吸波一體化材料的研究應用拓展主要集中于多功能化如疏水性、抗振動性、抗輻射性、高溫穩定性和耐久性的導熱材料，以適應苛刻環境中的電磁波吸收需求，開發大規模、低成本的制備技術以及進一步拓展其應用領域等方向。

參考來源：

1.蘇蒸棠，陳飛，周致君，陳剛，蔡葦，符春林．導熱吸波一體化材料的研究

進展[J/OL]．復合材料學報；

2.賈琨，王喆，王蓬，等. 導熱吸波材料的研究進展及未來發展方向[J]. 材料導報；

3.鄒海仲，萬煒濤，楊名華，等.復合粉體制備導熱吸波材料及其表征[J].高分子材料科學與工程。

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