近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队提出一种双重防护材料的设计策略，设计并制备了一种兼备动态电磁波吸收性能和热防护的功能碳弹簧（FCS）气凝胶材料。相关研究成果日前发表于国际学术期刊《先进材料》。
电磁波污染和热损伤对精密仪器构成了严重威胁，这一威胁在航空航天领域表现尤为显著。功能性气凝胶因其吸收电磁波和隔绝热量的特性，提供了一种具有良好前景的解决方案。然而，优化这两种特性时常面临着一个以往研究中常常被忽略的矛盾：热防护效果与材料厚度呈正相关，而电磁波吸收只能在特定厚度下达到最佳效果。因此，目前的研究难以同时实现电磁波吸收效率和热防护效果的平衡。
针对电磁波吸收与热防护性能共同优化中的关键冲突，研究团队制备的FCS材料，以其独特的仿足弓长程层状多拱微观结构使其电磁波吸收性能可调，并具备优异的热防护能力。通过调整压缩应变从0%到50%，该材料的可调有效吸收带宽可达13.4吉赫兹，覆盖了测量频谱的84%。值得注意的是，在75%应变时，吸收带宽降至0吉赫兹，展现出新颖的吸波“开—关”切换能力。其超低的垂直热导率和“面内高热导，面外低热导”的各向异性热传导机制赋予FCS卓越的热防护效果。数值模拟表明，FCS在热防护方面优于常见的蜂窝结构和各向同性多孔气凝胶。此外，研究人员建立了“电磁—热”双重保护材料数据库，直观展示了该材料和设计策略的优越性。
科研人员表示，这项研究成果不仅阐明了限制具有优越电磁波吸收和热防护特性的多功能气凝胶材料发展的冲突，而且进一步提出了一个新的设计范式。其所提出的隔热材料数据库和“电磁—热”双重保护材料数据库，也为直观的性能比较提供了标准。