综述！低维碳材料视角-电磁波衰减与人工智能驱动功能化协同推进

摘要：低维碳材料（如碳纤维、碳纳米管和石墨二烯）已成为缓解电磁污染和推动智能技术发展的关键候选材料。其独特的电子、结构和力学特性，使电磁波衰减与人工智能形成协同效应。本文，济南大学夏伟教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Perspective on Low-D

1成果简介

低维碳材料（如碳纤维、碳纳米管和石墨二烯）已成为缓解电磁污染和推动智能技术发展的关键候选材料。其独特的电子、结构和力学特性，使电磁波衰减与人工智能形成协同效应。本文，济南大学夏伟教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Perspective on Low-Dimensional Carbon Materials: Synergistic Advancement of electromagnetic wave Attenuation and AI-Driven Functionalization”的综述，重点阐述碳纳米材料可调谐的电磁响应特性如何推动AI驱动的传感器、执行器及智能系统发展。同时，基于AI的策略（如机器学习、原位表征）加速了碳材料的理性设计，通过优化阻抗匹配、缺陷工程及分级结构，有效突破界面电子态调控与大规模合成领域的瓶颈。通过剖析微结构工程与电磁学基础的相互作用，本文勾勒出未来发展方向：仿生分级设计、动态AI引导优化及多功能集成。这些突破性进展使低维碳材料成为民用与国防领域下一代电磁响应及AI应用的基石。

2图文导读

图1.低维碳材料及其与人工智能的联系。

图2.低维碳纳米材料磁介电协同效应的EMW吸收机制

图3.电磁波吸收在低维碳材料中的应用。

3小结与展望

本文概述了电磁干扰的危害性及低维碳纳米材料在推动智能人工智能发展中的作用。阐释了电磁波中磁电协同效应的机理，并综述了各类低维碳纳米材料在此领域的研发进展，为高性能低维碳基电磁波吸收屏蔽材料的开发提供指导，有助于促进相关材料的研究与应用。相较于传统吸收材料，碳材料具有导电性高、密度低、化学稳定性好、力学性能优异等独特优势。低维碳基材料在多领域具有广阔应用前景。在电磁波吸收领域，随着现代通信与雷达技术的发展，对高性能吸收材料的需求持续增长。石墨烯、碳纳米管等低维碳材料凭借其高比表面积、高电导率等独特电磁特性，能够满足高性能吸收材料的需求。未来这类材料将朝着多功能集成方向发展，例如兼具电磁波吸收、隔热、防腐蚀等多重功能，以适应复杂应用环境。此外，低维碳材料的轻质特性使其能满足航空航天、电子设备等领域对轻量化与微型化的需求，有助于开发更轻便高效的电磁波吸收装置。

近年来，随着更极端应用场景的出现，对吸附材料提出了更高要求。碳纳米材料凭借其优异的化学稳定性，在极端环境中展现出卓越的抗氧化和抗腐蚀性能，这有助于延长碳基复合吸附材料的使用寿命。尽管碳基复合吸附材料迄今已取得显著进展，但仍面临诸多挑战。

吸附材料的制备受多重技术瓶颈制约。在微观层面，材料结构难以精准调控。例如碳纳米管制备中的缺陷问题直接影响其性能表现。多组分协同作用与结构设计面临挑战，在三维结构设计中，核壳气凝胶微球的填充比与表面官能团难以控制，进而影响材料带宽及界面结合强度。传统吸附材料还存在易剥离、增重等缺陷，集成材料的开发已成为瓶颈。同时，吸附材料与智能AI的融合面临多重挑战：首先，技术转移链条存在断点，多数材料AI模型仍停留在学术研究阶段，算法开发与材料需求存在脱节；其次，实验验证环节薄弱，自动化实验设备本土化率不足40%，制约了材料大规模应用。此外，基于碳纳米材料的体内电化学与光化学传感器在提升器件性能及实际应用方面仍面临诸多挑战，如需增强材料的生物相容性与稳定性等问题。

为突破低维碳材料在电磁波吸收与人工智能领域的应用瓶颈，可重点关注两方面：首先，新型碳材料的电磁波衰减研究将推动人工智能发展。随着对低维碳材料电磁特性的深入理解，其在智能设备中的创新应用不断拓展。其独特的衰减机制丰富了人工智能模型的输入数据维度，提升了对复杂电磁环境的描绘与预测精度。该研究同时助力高效电磁传感器的设计。通过为人工智能系统提供丰富精准的环境数据，这些传感器能提升智能电子设备与物联网中人工智能的感知与决策能力。此外，新型碳材料可调的电磁波衰减特性，使高性能电磁兼容系统得以实现，确保人工智能设备在复杂电磁环境中稳定运行，拓展应用场景，推动人工智能迈向更智能、更高效、更可靠的发展方向。其次，开发新型宽带电磁防护材料并拓展其应用至关重要。在军事领域，这类材料对提升武器隐身性能和电磁兼容性具有关键作用。新型碳材料凭借宽带吸收特性与轻质高强优势，为军用装备提供高性能轻量化防护。在智能场景中，物联网与智能设备的兴起加剧了电磁干扰问题。新型宽带电磁防护材料应用于电子机箱与芯片封装，可有效降低干扰并提升设备可靠性。在5G/6G等互联通信领域，这些材料能保障信号稳定传输、减少干扰并提升通信效率。由此可见，新型宽带电磁防护材料的研发为军事、智能及互联领域提供了先进可靠的解决方案，加速了相关技术的升级与发展进程。

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