郑州大学研究团队开发用于电磁干扰屏蔽的先进陶瓷材料

随着技术的不断发展，对能够有效控制电磁干扰（EMI）的先进材料的需求也日益增长。无线通信技术和精密电子设备的日益普及凸显了高效电磁干扰屏蔽解决方案的必要性，这对于确保包括航空航天、国防和下一代通信网络在内的各个领域电子系统的可靠性和性能至关重要。虽然金属和碳基复合材料等传统电磁干扰屏蔽材料已被广泛应用，但它们存在诸多缺陷，例如，重量过重、易腐蚀和环境稳定性不足。为了应对这些挑战，陶瓷基电磁干扰屏蔽材料凭借其独特的性能，作为一种可行的替代方案，正受到越来越多的关注。

陶瓷材料具有诸多优势，使其成为高效电磁干扰屏蔽解决方案领域的佼佼者。其可调的介电和磁性，以及优异的热稳定性和化学稳定性，使其在高要求应用领域*吸引力。然而，尽管陶瓷材料拥有这些优势，但优化其导电性和微观结构设计仍然面临诸多挑战。为了解决这些问题，必须开发兼具轻质、高机械强度、热稳定性和优异电磁屏蔽性能的陶瓷材料。随着我们身处日益复杂的电磁环境中，这种需求至关重要。

由郑州大学范冰冰教授领衔的材料科学家团队近期开展的研究，在陶瓷基电磁屏蔽材料的分析和研发方面取得了显著进展。他们的研究综述全面剖析了电磁屏蔽机制的复杂性，并探讨了先进的合成技术以及材料优化策略，这些对于开发高性能高温电磁屏蔽陶瓷至关重要。该团队的研究成果强调了整合微观结构工程、增材制造、多功能设计乃至人工智能等原理对于简化材料开发流程的关键意义。

在2025年10月27日发表于权威期刊《先进陶瓷》（JournalofAdvancedCeramics）上的论文中，范教授及其同事对这些进展进行了详尽的探讨，并围绕两个核心视角展开研究：电磁干扰屏蔽的基本原理以及结构优化设计的基本原理。作者指出，制备有效的陶瓷电磁干扰屏蔽材料需要一种整体方法，全面评估电导率、介电性能和复杂微观结构特征之间的相互作用。

随着温度升高，传统陶瓷的电导率和电磁干扰屏蔽性能机制也会发生变化。在300℃至600℃之间，通常可以通过掺杂或集成碳质材料等工艺来提高电导率。然而，一旦温度超过1000℃，就会发生显著的转变。主要的屏蔽机制不再依赖于传

导损耗，而是转变为由介电弛豫和界面极化等现象驱动的更为复杂的过程。这种转变既适用于传统陶瓷，也适用于包括高熵陶瓷在内的新兴材料。然而，必须指出的是，长时间暴露于高温下会导致氧化和相变等有害影响，*终损害电磁干扰屏蔽性能。

为了克服这些挑战，范教授强调，鉴于高熵陶瓷固有的成分复杂性和多场耦合环境，传统的试错法已无法满足需求。而*性原理计算正是在此发挥作用，它能够提供关于材料电子结构、力学性能和热物理特性的关键信息。分子动力学模拟作为一种强大的工具，能够阐明高温行为，包括相变以及氧化动力学和形变行为的复杂性。结合能够捕捉复杂非线性关系并推荐*佳成分的机器学习模型，研究人员现在能够更好地驾驭材料开发领域，显著减少实验迭代次数，并提高整体效率。

可以预见，该领域的研究重点将扩展到几个前景广阔的领域，这些领域有望重新定义电磁干扰屏蔽材料的未来。其中一个重点是设计宽带兼容材料，以适应新兴技术（例如，5G、6G以及更未来的太赫兹通信）带来的多样化通信需求。多功能集成也即将成为一个关键方面，研究人员正在研究不仅可以屏蔽电磁干扰，还可以管理热负荷、承受机械应力并承受恶劣环境条件的材料，尤其是在航空航天和高功率电子应用中。

此外，智能响应材料的研究是该领域一个令人振奋的前沿方向。目前正在进行创新研究，探索能够动态响应温度、电场或磁场变化的陶瓷材料，从而实现基于实时条件调整的新型屏蔽调控。人工智能的融入进一步加速了这一前沿领域的发展，有助于快速发现新材料，并简化性能预测和工艺优化流程。这种方法显著克服了传统试错法的局限性。

范教授的研究团队的贡献远不止于个人的进步，郑州大学和西北工业大学的多位研究人员通力合作，共同提升了人们对陶瓷基电磁干扰屏蔽材料的整体理解。他们的研究得到了国家自然科学基金的大力资助，这凸显了该研究在当代科学领域的重要意义。

对陶瓷基电磁干扰屏蔽材料的持续探索，不仅为提升电子和通信领域的性能指明了前进的方向，也为那些需要在极端条件下稳定运行的坚固材料应用提供了可能。展望未来，先进材料科学与智能设计的融合将为突破性进展铺平道路，重新定义电磁屏蔽解决方案的边界。

陶瓷基电磁干扰屏蔽材料的这一进展标志着材料科学的重大飞跃。通过系统地理解电磁干扰屏蔽机制，并充分利用从人工智能到精密材料合成等各种现代工程技术，研究人员有望创新出满足当今科技驱动型社会迫切需求的解决方案。

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