
随着电子设备与雷达通信技术的快速发展,电磁干扰问题日益严重,电磁兼容性材料成为研究热点。尤其在航空航天和消费电子领域,设备小型化、轻量化趋势对吸波材料的厚度提出了更高要求。传统柔性吸波材料在S、C等低频波段往往需要超过3毫米的厚度才能实现有效吸收,难以满足实际应用需求。吸波材料需在薄厚度下具备良好的阻抗匹配和损耗能力,通常需要高磁导率和适中介电常数。羰基铁粉(CIP)因其优异的磁损耗性能被广泛应用,但在高填充量下易发生团聚,形成导电网络,导致介电常数激增、阻抗匹配性能下降。传统包覆方法虽能部分缓解团聚问题,但常引入异质界面,影响材料力学性能并加剧界面极化。因此,亟需一种在保持高填充量的同时兼顾阻抗匹配与力学性能的界面调控策略。

在这项研究中,研究人员受爬山虎攀附机制的启发,提出了一种仿生界面工程策略,通过硅烷偶联剂KH550对CIP表面进行改性,以增强其与聚氨酯(PU)基体的界面相容性。KH550一端与CIP表面形成Si–O–Fe共价键,另一端通过氨基与PU基体形成氢键和脲键,构建“分子桥”结构,有效抑制了CIP团聚,改善了其在基体中的分散性。实验结果表明,当KH550添加量为1 wt%时,CIP/PU复合膜的拉伸强度提高了44%,达到10.104 MPa,介电常数降低了36.8%。该复合膜在厚度仅为1 mm的条件下,实现了最小反射损耗−17.09 dB,有效吸收带宽(RL ≤ −10 dB)达6.7 GHz(10.3–17 GHz),显著优于未改性样品。该研究通过调控界面结构,在保持高填充量(85 wt%)的同时,实现了力学性能与电磁性能的双重提升。
本研究通过仿生界面工程策略,成功解决了高填充CIP/PU复合材料中介电常数过高与阻抗失配的问题。KH550改性不仅有效抑制了CIP团聚,改善了其在PU基体中的分散性,还通过构建稳定的化学键合界面,显著提升了材料的力学强度和吸波性能。在1 wt% KH550添加量下,材料表现出最优的综合性能,具备良好的阻抗匹配和宽频吸收能力。该策略为开发超薄、柔性、高强度的微波吸收材料提供了新思路,适用于可穿戴设备、电磁屏蔽涂层及雷达隐身等领域。未来,该仿生界面设计思路有望拓展至其他高填充功能复合材料体系中,推动高性能吸波材料的进一步发展。