文献分享|闪速焦耳热技术实现废弃棉织物制备具有可调界面的MoS2/碳复合材料用于电磁波吸收
DOI：10.1016/j.jmst.2026.05.004
通讯作者：徐江涛副教授
研究背景
随着电子设备与雷达系统的普及，电磁污染已成为威胁信息安全与人体健康的严峻问题。理想的电磁波吸收材料需兼具强吸收、宽频带、薄厚度及低密度特性。碳基复合材料虽能通过导电性调控与异质界面工程优化阻抗匹配，但高性能碳材料（如石墨烯、碳纳米管）通常依赖昂贵的原料与复杂的工艺，限制了其规模化应用。废弃棉织物因其储量丰富、可再生且具备天然纤维网络结构，被视为极具潜力的低成本碳前驱体。然而，现有棉织物衍生碳材料往往因导电网络过强导致阻抗失配，或因极化损耗不足而难以实现宽频吸收。引入二硫化钼（MoS₂）等极化活性相虽能增强界面极化，但在高温碳化过程中易发生团聚与结构退化，难以实现导电网络与极化界面的协同调控。
创新点
该研究提出并实现了一种“双温度解耦调控”策略，以废弃棉织物为原料，通过水热生长结合闪速焦耳加热技术制备了二硫化钼/碳复合材料。利用水热温度独立调控二硫化钼的原位生长与界面密度，同时利用闪速焦耳加热温度独立控制碳骨架的有序度与导电性，从而成功解决了碳基吸收体中极化界面构建与导电网络形成之间的强耦合难题。这种独立且协同的调控使得材料能同时优化极化损耗与导电损耗，最终获得的优化样品展现出卓越的电磁波吸收性能与雷达散射截面缩减能力，并能在近场通信设备封装中有效抑制外部电磁干扰。
图文速览
图1 (a)Mx-Cx复合材料的制备示意图：扫描电子显微镜（SEM）图像：(b)M140-C400,(c)M140-C800,(d)M140-C1200,和(e)M140-C1600
图2 (a–e)M140-C800复合材料的HR-TEM（高分辨透射电子显微镜）图像及(f)其EDS-Mapping（能谱面扫描分析）
图3 M140-Cx复合材料的表征：(a)M140、M160、M180和M200的热重（TG）分析曲线；(b)MoS2和(c)M140-Cx复合材料的X射线衍射（XRD）图谱；(d)和(e)M140-Cx复合材料的拉曼（Raman）光谱；(f)全谱X射线光电子能谱（XPS）及(g)和(j)C1s、(h)和(k)Mo3d、(i)和(l)N1s的高分辨率XPS谱图
图4 M140-Cx复合材料的电磁波吸收性能：(a–c)M140-C400、(d–f)M140-C800、(g–i)M140-C1200和(j–l)M140-C1600
图5 M140-Cx复合材料的复介电常数参数：(a)实部与(b)虚部；(c)介电损耗正切值；(d–g)M140-Cx复合材料ε′与ε″/f的关系；(h)M140-Cx复合材料的极化损耗与电导损耗；(i)M140-Cx的极化损耗占比
图6 电磁波吸收机制分析：(a–d)M140-Cx复合材料的阻抗匹配特性；(e)衰减常数；(f)与其他吸收体的电磁波吸收性能对比；(g)M140-C800复合材料的结构模型及相关电磁波吸收机理示意图
图7 CST远场仿真结果：(a–d)完美电导体（PEC）与M140-Cx复合材料的三维雷达散射仿真结果；(e–g)雷达散射截面（RCS）数值对比；(h)表面电流强度分布图；(i)电场分布与(j)M140-C800在不同频率下的功率损耗分布
