来源 | Carbon

链接 | https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2025.102601

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背景介绍

人工智能发展推动高性能电子设备对电磁波吸收（EWA）与热管理的协同需求。电磁波辐射和热效应导致信号干扰、设备失效及健康威胁。传统材料热导率不足，限制器件稳定性。碳基材料（如碳纳米管、石墨烯）虽EWA性能优异，但存在热导率低、制备复杂等问题。传统碳化技术能耗高、周期长，且缺乏对无定形/石墨相比例的系统研究，难以优化材料性能。

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成果掠影

近日，广东工业大学黄锦涛、闵永刚团队联合诺森比亚大学郭占虎团队通过焦耳热调控聚吡咯纳米管的无定形/石墨相比例，实现了电磁波吸收与热导率的协同优化，揭示了缺陷极化和晶粒结构调控机制，为电子器件的电磁-热协同管理材料设计提供了新范式。团队采用模板法合成聚吡咯基聚合物纳米管（PNT），通过焦耳热冲击在不同温度（700–2800°C）下实现快速碳化。碳化过程中氮物种的转变增强了极化弛豫、缺陷生成和偶极极化，协同促进了电荷转移。在1000摄氏度下处理的聚吡咯基聚合物纳米管（PNT-1000）表现出最大有效吸收带宽和最低反射损耗。此外，PNT-1000@聚二甲基硅氧烷（PDMS）表现出2.26 W/(mK)的热导率，而PNT-2000@PDMS则实现了显著更高的热导率4.20 W/(mK)。研究成果以“Joule-heat derived amorphous/graphitic polymer nanotubes with enhanced electromagnetic wave absorption and high thermal conductivity”为题发表在《Carbon》期刊。

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图文导读

图1.(a) PNT-X制备的示意图。(b) PNT、(c) PNT-700、(d) PNT-1000、(e) PNT-1500、(f) PNT-2000、(g) PNT-2200、(h) PNT-2400、(i) PNT-2600和(j) PNT-2800的SEM图像。 

图2.PNT-1000在1.5 mm厚度下实现-45.1 dB强吸收与3.46 GHz宽频响应。

图3. (a) PW-6.5 GHz和(b) PNT-6.5 GHz的CST仿真结果，(d) PW-4.3 GHz和(e) PNT-1000-4.3 GHz的CST仿真结果；(c) PW-6.5 GHz和PNT-6.5 GHz的RCS仿真曲线，(f) PW-4.3 GHz和PNT-1000-4.3 GHz的RCS仿真曲线。

图4.PNT-2000@PDMS热导率达4.20 W/(m·K)，红外热成像显示其快速散热特性。