近期，北京大学刘忠范院士团队在Advanced Fiber Materials上发表了题为“Fabrication of Graphene-skinned SiC Fiber Materials toward Dielectric-gradient Ceramic Matrix Composites for Efficient Electromagnetic Absorption”的研究成果。该工作提出的蒙烯碳化硅纤维（Gr-SiCf）通过化学气相沉积法制备，由石墨烯层、二氧化硅非晶层和碳化硅纤维基底组成，具有低成本、高稳定性、高机械强度、宽幅电导率可调（0.03~1150 S·m-1）等优点。基于高、中、低电阻率纤维设计的介电梯度结构复合材料，在总厚度为3.5 mm时，有效吸波带宽达到4.30 GHz；当反射损耗小于–5 dB时，吸波带宽可扩展至13.41 GHz，在高温吸波材料领域展现出巨大潜力。

如图1所示，该工作采用退浆–生长一体化工艺制备了连续蒙烯碳化硅纤维。其中，退浆工艺通过热空气氧化实现，石墨烯生长则采用以甲烷为碳源的常压化学气相沉积（CVD）技术。

图1 蒙烯碳化硅纤维与织物的制备流程示意图

如图2所示，退浆工艺在去除上浆剂的同时，会导致纤维表面氧化改性。碳化硅纤维表面原位生成的二氧化硅非晶层不仅提高了纤维电阻率，有利于实现蒙烯碳化硅纤维宽幅电导率的调控，同时还能有效抑制外部环境中氧的侵蚀。此外，CVD系统的高温生长过程会使表面二氧化硅层熔融，降低纤维表面粗糙度，为石墨烯生长提供有利条件。石墨烯蒙皮厚度可通过调节沉积时间灵活控制，从而实现复合纤维电导率的精确调节。

图2 蒙烯碳化硅纤维的结构与组成表征

蒙烯碳化硅纤维电导率可实现0.03~1150 S·m-1灵活调控，且其机械强度受生长工艺影响较小。相比于碳化硅纤维经高温热解制备的石墨烯层或CVD生长的无定形碳涂层，CVD 生长的石墨烯蒙皮具有优异的机械、化学及热稳定性（图3），这是由于其高结晶度以及与纤维基底的强结合力所致。该特性为蒙烯碳化硅纤维在上浆、编织等后续加工操作中的稳定性提供了坚实基础。

图3 蒙烯碳化硅纤维与其他纤维的性能表征与对比

将选定的高、中、低阻蒙烯碳化硅纤维通过0°/90°平纹编织，得到了三种不同面电阻的蒙烯碳化硅纤维织物。从SEM图可以看出纤维布编织结构整齐，石墨烯蒙皮与纤维衬底结合效果良好，无明显涂层剥离、脱落。面电阻与拉曼测试结果共同证明了蒙烯碳化硅纤维织物的均匀性，以及石墨烯蒙皮的稳定性（图4）。这保证了织物后续的可加工性，为其实现工程化应用提供了有利条件。

图4 蒙烯碳化硅纤维织物结构与性质表征

高、中、低阻蒙烯碳化硅纤维布预制体通过CVI法沉积氮化硼界面层，随后通过PIP工艺制备得到三类陶瓷基复合材料。相比于未经结构设计的单一介电复材（SiCf/SiC），高、中、低阻蒙烯碳化硅纤维增强的碳化硅基复材实现了介电性能的梯度分布，其电磁波响应特性可分别发挥阻抗匹配层、吸波层和反射层的功能（图5）。

图5 纤维增强陶瓷基复材结构与电磁性质表征

以高、中、低阻三类复材为基元，模拟设计了厚度为3.5 mm的具有介电梯度结构的复合材料，其最优结构为匹配层1.5 mm、吸波层0.2 mm、反射层1.8 mm。凭借良好的阻抗匹配特性以及极化损耗、电导损耗、多级反射机理，该介电梯度结构复合材料有效吸波带宽达4.30 GHz（5.57~6.84 GHz & 13.32~16.35 GHz）；当反射损耗值小于−5 dB时，吸波带宽可达13.41 GHz（图6）。

图6 介电梯度结构复材的模拟设计及其吸波效果与机理

综上所述，该工作通过CVD工艺成功制备了连续的可调蒙烯碳化硅纤维，并实现了其电阻率宽幅。以高、中、低电阻纤维为增强体制备的复合材料呈现介电性能梯度分布，可分别充当匹配层、吸波层和反射层。模拟设计表明，该复合材料在较薄厚度下即可表现出优异的吸波性能，且通过进一步细分和优化介电梯度结构，有望实现更宽频带的吸波效果。蒙烯碳化硅纤维增强的陶瓷基复合材料兼具低成本、高机械强度和宽频吸波特性，为航空航天材料等领域提供了全新的设计思路，具有广阔的应用前景。