随着5G/6G通信、雷达探测和高端电子设备的快速发展，开发能够高效吸收电磁波、同时具备柔性轻质特点的新型材料，已成为电磁防护和热管理领域的迫切需求。传统材料往往难以兼顾“宽频带”“强吸收”“薄厚度”与“多功能”。受自然界北极熊毛发卓越保温性能及其独特中空结构的启发，本研究提出了一种创新的 “自由空间工程” 策略。我们巧妙地通过多轴湿法纺丝和定向干燥技术，成功制备了两种具有可编程微纳结构的石墨烯基纤维：中空纤维与气凝胶纤维。

这两种纤维通过截然不同的物理机制实现卓越性能。中空纤维犹如微型的“谐振腔”，能将特定频段的电磁波禁锢其中并消耗殆尽，表现出极强的针对性吸收；而气凝胶纤维则拥有浩瀚的三维多孔网络，像一座“电磁波迷宫”，通过无数界面使电磁波被反复散射和耗散，从而实现超宽频吸收。研究结果显示，这些纤维织物在保持超薄厚度（最低可达2.0毫米）和极轻面密度的同时，实现了优异的综合性能：有效吸收带宽最高达8.6 GHz，最低反射损耗低至-59.1 dB（意味着超过99.999%的电磁能量被吸收）。

研究成果以“Bioinspired Free-Space Architecture Engineering for Broadband Electromagnetic Absorption and Thermal Management in Graphene-Based Fibrous Textiles”发表于《Advanced Functional Materials》期刊。材料学院2022级博士研究生李天为第一作者，刘亚南特聘副研究员、孟凡彬教授为通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、四川省科技计划项目、中央高校基础研究等项目支持。

图1 仿生石墨烯基纤维设计思路图

图2 基于自由空间调控的仿生石墨烯基纤维吸波性能

图3 仿生石墨烯基纤维的电磁性能仿真与热管理性能研究

该研究为设计高性能、多功能微波吸收建立了一个系统性框架。展望未来，自由空间工程范式在开发自适应超构纺织品方面展现出巨大潜力，这类材料能够适用于可穿戴电子设备、无人系统及软体机器人等领域。除电磁隐身外，材料集成的光热功能为智能热管理与催化应用开辟了前景广阔的途径。将这些实验室创新转化为实际解决方案，关键在于实现可扩展的制造工艺并确保环境耐久性。所采用的湿法纺丝与冷冻干燥技术与卷对卷生产工艺兼容，为大尺度生产提供了可行路径。未来的工作必须严格解决杂化纤维的长期稳定性问题，重点是在变化的机械应力、湿热条件及使用应力下，MXene的抗氧化性以及银纳米线网络的界面耐久性。有前景的研究方向包括开发刺激响应架构以实现自适应性能、采用数据驱动方法优化自由空间参数，以及将这些纤维集成到结构复合材料或能源系统中。这些努力对于发展下一代智能平台至关重要，这些平台能够将电磁干扰管理与其他多功能能力结合。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202530666