一、研究背景

随着5G通信、人工智能与物联网的快速发展，电子设备向高功率密度、高集成度和微型化演进，电磁干扰（EMI）与散热问题日益突出，传统单一功能材料难以满足轻量化、热管理与EMI屏蔽的协同要求。炭/炭（C/C）复合材料因轻质、耐高温及石墨化后优异的导热导电性能而备受关注，但其传统制备依赖化学气相渗透与聚合物浸渍裂解等反复致密化工艺，制备周期长达数周至数月。因此，如何在短周期内制备低密度、高屏蔽、高导热的C/C复合材料成为关键问题。

二、工作简介

  针对上述问题，本研究提出了一种以中间相沥青为黏结剂、石墨片为填料、中间相沥青基炭纤维为增强体的材料体系，通过一步无压炭化成型工艺（1000 °C炭化2 h + 3150 °C石墨化40 min），将传统多步致密化整合为单步成型，制备周期缩短至一周左右。中间相沥青在加热过程中自发形成高开孔率的沥青炭结构，同时炭纤维与石墨片协同构建连续导电/导热网络，实现多孔结构增强吸收与导电网络增强反射的协同屏蔽机制。研究系统考察了中间相沥青与石墨片的不同配比对复合材料微观结构、导热/导电性能、力学性能和电磁屏蔽性能的影响规律。

三、核心图文解析

图1. 制备流程示意图：从浆料制备 → 炭布制备 → 叠层 → 炭化 → 石墨化的短周期制备流程

图2. C/C复合材料微观结构与石墨化程度分析：XY平面内，炭纤维高度取向，周围沥青碳层有序排列；增加基体中的石墨片会破坏该面内有序结构、降低石墨化度，但可提高XZ平面的致密化程度。

图3. C/C复合材料热导率：X方向热导率最高（可达191.84 W·m^-1·K^-1），源于连续炭纤维与有序碳层构建的长程声子传输通道；增加基体中的石墨片会导致X方向热导率下降，Y/Z方向热导率上升。

图4. C/C复合材料电导率：X方向电导率最高（可达6.50×10⁴ S·m^-1），随基体中石墨片的增加而下降。Y/Z方向随基体中石墨片增加，在横向形成导电通路，并提高Z方向致密度，降低电阻，提高电导率。

图5. C/C复合材料抗弯强度：抗弯强度均大于100 MPa，最高可达131.84 MPa，并且呈现出伪塑形断裂的特征。

图6. C/C复合材料EMI屏蔽性能：多孔结构改善阻抗匹配，使电磁波进入内部，纤维束间、石墨片/沥青炭界面间多重反射耗散能量；异质界面极化损耗进一步衰减。电磁波入射XY平面时屏蔽效能可达83.97 dB（衰减99.999999%），且密度仅1.01 g·cm^-3。

四、结论

以中间相沥青为黏结剂、石墨片为填料，通过无压炭化将传统工艺数周的制备周期缩短至一周左右，所有复合材料密度均低于1.10 g·cm^-3。基体中的中间相沥青与石墨片的配比是调控结构与性能的关键，增加基体中的石墨片数量可提高Y/Z方向导热/导电性能，但会降低X方向导热/导电性能。在多孔结构+高导电网络的协同作用下，复合材料在密度仅1.01 g·cm^-3的条件下实现X波段83.97 dB的屏蔽效能，以吸收为主导机制（SE_a > SE_r）。本研究为轻质多功能C/C复合材料提供了新的短周期制备路径，在卫星、飞行器及汽车等对重量敏感的热管理与EMI防护领域具有重要应用前景。

New Carbon Materials 文章信息

罗鹏飞，田山，郭丰骏，等.基于中间相沥青黏结剂与石墨片填料快速制备炭/炭复合材料及其电磁屏蔽与导热性能 [J]. 新型炭材料（中英文）, 2026, 41 (3): 597-611.

LUO P F, TIAN S, GUO F J, XIAO Z C. Rapidly fabricated carbon/carbon composites with a mesophase pitch binder and graphite flake filler with excellent EMI shielding and thermal conductivity[J]. New Carbon Materials, 2026, 41(3): 597-611.

DOI: 10.1016/S1872-5805(26)61080-3

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