碳基材料吸波性能研究進展

黃巨龍，周 亮，陳 萌，梁夢妍

(長安大學材料科學與工程學院，陜西 西安 710061)

1 前 言

隨著無線電和雷達系統的應用與發展，電磁波輻射問題日趨嚴重。為了解決電磁波污染，電磁波吸收材料的研究引起了人們的重視。吸波材料是指對入射電磁波實現有效吸收，將電磁能轉換為熱能或其他形式能量消散的功能性材料。吸波材料按照損耗機理主要分為磁損耗、介電損耗和電導損耗3類，磁損耗材料，如Fe，Co，Ni或它們的氧化物，可以使電磁波有效進入，避免高頻下的趨膚效應，以磁滯損耗、剩余損耗和渦流損耗吸收電磁波；介電損耗材料，如ZnO、BaTiO3，具有介電損耗高、密度低、熱穩定性和化學穩定性高的特點，以介質的界面極化或電子極化吸收電磁波[1]；電導損耗吸波材料，如碳系材料(炭黑、碳纖維、碳納米管、石墨烯、碳球等)、導電聚合物，具有低密度和優異的電性能，以漏導損耗和多重散射損耗衰減電磁波。優異的吸波材料要求滿足頻帶寬、厚度薄、質量輕、吸收強等特點，而單一吸波材料由于吸波頻帶窄和吸收強度低等缺點，因此不能滿足這些要求。碳系材料由于具有輕質、高比表面積和電子遷移率高等特點，引起了研究人員的極大關注[2]。而碳系材料單獨使用時存在阻抗匹配差、吸波頻帶窄和吸收性能差等缺點，通過對碳材料進行表面改性，將其與其他材料進行復合以及微觀結構設計等，可以提高碳系復合材料的吸波性能。

2 電磁波吸收機理

吸波材料要具有兩個特性：阻抗匹配和衰減特性。阻抗匹配意味著入射電磁波可以最大程度地進入材料內部；衰減特性表示電磁波進入材料內部后可以被吸波材料衰減吸收。根據傳輸線理論，反射損耗RL(單位dB)可通過公式(1)表示：

(1)

(2)

εr=ε′-jε″

(3)

μr=μ′-jμ″

(4)

其中，Zin為入射波在自由空間與材料界面處的阻抗，Z0為入射波在自由空間的阻抗，μr與εr分別表示材料相對復磁導率與復介電常數，f為自由空間中電磁波頻率，d是樣品厚度，c是自由空間中的光速。RL絕對值越大，說明材料反射的電磁波越少，即材料的吸波性能越好。由公式(1)可知，當介質材料的入射波阻抗Zin=Z0時，RL為-∞，即復合材料的有效介電常數等于有效磁導率。在這種理想情況下，材料對電磁波無反射(阻抗匹配)。而在通常情況下，材料的RL<0則說明材料具備一定吸波性能(衰減特性)。當材料的RL值達到-20 dB以下，吸波材料對入射電磁波的能量衰減可以達到99%[3]。

3 傳統碳材料

3.1 炭黑電磁波吸收材料

在二戰期間，炭黑(CB)就應用于飛機蒙皮的夾層中充當電磁波吸收材料，其在高頻范圍內具有良好的電磁波吸收特性，并且還具有導電性能穩定持久、分散性好、比表面積大、密度低和價格便宜等特點。但其電導率較高，單獨使用時對電磁波反射較強。根據電磁波吸收機理可知，將炭黑作為吸收劑彌散分布在透波材料中可以改善阻抗匹配。Gupta等[4]在聚氨酯中添加炭黑，研究不同質量分數炭黑/聚氨酯復合材料的電磁波吸收性能，發現當炭黑質量分數為6.55%、厚度為1.3 mm時，其在17 GHz頻率處獲得最小反射損耗值-31.39 dB，其中小于-20 dB的頻帶寬度為2 GHz。通過在炭黑中添加磁損耗材料，使其同時具備電導損耗和磁損耗，不僅滿足阻抗匹配方面的要求，還能提高其吸波性能。Liu等[5]以環氧樹脂為基體，羰基鐵和炭黑分別作為磁損耗和電導損耗吸收劑，研究了羰基鐵/炭黑/環氧樹脂復合材料在2～18 GHz范圍內的吸波性能。結果顯示，隨著羰基鐵含量的增加，吸收頻帶向低頻移動；當羰基鐵和炭黑的質量分數各為25%時，反射損耗小于-4 dB的頻帶寬度達到10.1 GHz。Tsay等[6]在炭黑(質量分數5%)/環氧樹脂復合材料中添加具有巨磁效應的La0.7Sr0.3MnO3-δ，發現厚度為5 mm、La0.7Sr0.3MnO3-δ質量分數為80%時，復合材料在頻率為7.87 GHz處反射損耗達到-26.63 dB，反射損耗小于-10 dB的頻帶寬度為1.75 GHz。Al-Ghamdi等[7]以天然橡膠為基體，通過浸漬獲得不同比例的導電炭黑和磁鐵礦復合材料，發現當導電炭黑和磁鐵礦的比為9∶1時，復合材料具有最佳的電導損耗和磁損耗。Datt等[8]以聚乙烯醇(PVA)為基體，將NiCoFe2O4納米顆粒負載在炭黑表面共同作為吸收劑，研究了8～18 GHz范圍內復合材料的吸波性能，結果表明復合材料的吸波性能增強，這歸因于磁各向異性的引進和匹配特性的改善。此外，在復合材料表面制備頻率選擇表面(FSS)，且通過調整FSS的形狀、尺寸和周期等，也可以提高吸波性能。Yang等[9]采用方型FSS提高炭黑/硅橡膠(CBSR)復合涂層的吸波性能，結果表明吸波性能的提高取決于FSS的尺寸和周期結構。

納米材料具有表面效應、量子尺寸效應和極高的電磁波吸收性能，是一類新型吸波材料，其本質是將吸收劑制成納米尺寸，其比常規吸收劑具有更強的吸波性能和更低的匹配厚度。Liu等[10]研究了不同質量分數納米SiC摻雜納米炭黑/環氧樹脂的電磁波吸收性能，發現SiC的加入使得炭黑/環氧樹脂復合材料的滲流閾值降低，在質量分數為5%的炭黑中添加質量分數為50%的SiC，復合材料在頻率為9 GHz、厚度為2 mm時的反射損耗峰值達到-41 dB，其中小于-10 dB的頻帶寬度為6 GHz。此外，通過調節吸收劑的結構也可以提高復合材料的吸波性能。Qin等[11]研究發現以四腳架結構T-ZnO晶須(圖1)和炭黑共同作為吸收劑的環氧樹脂基復合材料具有多孔結構，易于電磁波的多重散射。T-ZnO晶須彌散分布在環氧樹脂基體中，界面電子極化增強，并且晶須的針狀腿擁有更強的電子極化，顯著增加了對電磁波的有效吸收。

圖1 T-ZnO晶須的SEM照片[11]Fig.1 SEM image of T-ZnO whiskers[11]

盡管近年來對炭黑吸波材料的研究并不多，但炭黑/磁損耗復合材料仍具有一定的應用前景，其吸波機理仍需要繼續研究。此外，將炭黑與納米吸收劑、特殊結構吸收劑復合仍具有一定的研究意義。

3.2 碳纖維電磁波吸收材料

碳纖維(CFs)吸波材料是具有高強度、高模量、低密度、熱膨脹系數小、耐腐蝕性和優異電性能的多功能材料。碳纖維在電磁場的作用下易于形成較大的連續傳導電流，是雷達波的強反射體。碳纖維在單獨使用時，因其吸波性能差而不能直接用于吸波材料，只有經過特殊處理后才能應用在吸波材料領域。目前，一般將其與磁損耗型吸收劑如磁性金屬及其氧化物[12, 13]、羰基鐵[14]等復合，制備低密度、吸收強的復合材料。通過對碳纖維表面進行化學摻雜或表面改性，沉積涂覆一層磁性粉末以改善其磁導率，從而獲得優異的吸波性能。Liu等[15]通過Co包覆CFs合成CoOx/CFs復合材料(圖2)，發現其在頻率為13.41 GHz、厚度為1.5 mm時反射損耗峰值達到-45.16 dB，其中小于-10 dB的頻帶寬度為13.96 GHz，小于-20 dB的頻帶寬度為3.23 GHz。Zhao等[16]在碳納米纖維表面通過原子層沉積多層梯度納米薄膜得到復合材料，該復合材料的吸波性能得到顯著提高，在頻率為16.2 GHz、厚度為1.8 mm時反射損耗峰值達到-58.5 dB。碳納米纖維表面負載磁性納米顆粒，既滿足阻抗匹配的要求又增加了復合材料的吸波性能[17]。Xiang等[18]在碳納米纖維(CNF)表面均勻負載Fe/Co/Ni納米磁性顆粒制得CNF-Fe，CNF-Co和CNF-Ni復合材料，它們分別在頻率為16.6，12.9和13.1 GHz處達到最小反射損耗值-67.5，-63.1和-61.0 dB，匹配厚度分別為1.3，1.6和1.7 mm。將FSS嵌入中空多孔碳纖維(HPCF)中，亦可顯著提高復合材料的吸波性能[19]。Xie等[20]研究了一系列嵌入了FSS的HPCF復合材料的吸波性能，結果表明沒有FSS的HPCF復合材料反射損耗值低于-10 dB的頻帶寬度為0 GHz，而此時嵌入了FSS的HPCF復合材料的頻帶寬度高達10 GHz。

為進一步提高碳纖維復合材料的吸波性能，在其表面涂覆磁性吸收劑的基礎上，研究人員將具有特殊電磁效應的碳納米管鏈接在碳纖維表面上，制備了多孔、輕質、吸收強的復合材料，利用它們之間的介電極化、磁損耗、界面相互作用最大程度地損耗電磁波能量。Qiu等[21]采用熱還原和化學氣相沉積技術在HPCFs上鏈接碳納米管和負載磁性Fe3O4納米顆粒，制備出樹枝狀結構復合材料Fe3O4-CNTs-HPCFs(圖3)，然后將其分散在石蠟基體中，測定其介電常數和磁導率。結果表明，在厚度為2.5 mm、頻率為14.03 GHz處獲得最佳反射損耗值(-50.9 dB)，其中小于-15 dB的頻帶寬度為7.8 GHz。他們還研究了磁性Ni納米顆粒負載CNTs-HPCFs的吸波性能，發現在頻率為13.1 GHz、厚度為2.0 mm時復合材料的反射損耗峰值達到-43.45 dB[22]。

圖2 CoOx/CFs復合材料的SEM照片[15]Fig.2 SEM images of CoOx/CFs composites[15]

圖3 Fe3O4-CNTs-HPCFs復合材料制備示意圖[21]Fig.3 Schematic illustration of the preparation of Fe3O4-CNTs-HPCFs composites[21]

螺旋形碳纖維是手性吸波材料中的一種，具有特殊手征參數β，易實現阻抗匹配，頻率選擇敏感性低于介電常數和磁導率，易達到寬頻吸收，可以引起電磁場的交叉極化，從而具備更好的吸波特性。趙東林等[23]研究了線圈狀和麻花狀結構螺旋形碳纖維在X波段的電磁波介電特性，研究表明，復合材料的手性特征是損耗角增加的主要原因，線圈狀比麻花狀碳纖維的螺旋直徑和螺距大，手性特征更明顯，因此吸波性能更好。他們還以螺旋形碳纖維作為吸收劑制備了Nomex蜂窩夾芯結構[24]，復合材料在反射損耗值低于-10 dB的吸波頻帶寬度達到了14.6 GHz(3.4～18 GHz)，在10.4 GHz處獲得最小反射損耗值(-21.62 dB)。為了進一步改善阻抗匹配和衰減能力，Zheng等[25]在螺旋形碳纖維表面負載納米Ni顆粒，Ni顆粒增強了手性碳纖維的交叉極化，使介電常數和磁導率接近，提高了匹配性能，吸收性能增強。Wang等[26]在碳納米線圈(CNC)的基礎上，制備了Fe3O4/Al2O3/CNC和Ni/Al2O3/CNC同軸多層殼核納米結構，得益于電導損耗和磁損耗的協同作用、手性吸波特性和多重結構的反射，復合材料的吸波性能顯著增加。

碳纖維復合材料是一種電導損耗吸波材料，介電常數和電阻率的控制是提高其吸波性能的重點和難點，通過對碳纖維進行表面改性和結構設計，以滿足新型吸波材料的要求。螺旋形碳纖維由于特殊的手性結構受到研究人員的關注，這種特殊結構為以后的吸波材料結構設計提供了新的思路。但碳纖維復合材料的吸波機理還需進一步研究突破。

3.3 碳納米管電磁波吸收材料

碳納米管(CNTs)是由碳原子層彎曲成管狀形成的一種新型碳材料，管壁由六邊形排列的碳原子組成，具有特殊的螺旋結構、手征性、特殊的電磁性能以及優異的力學性能和穩定的物化性能。與炭黑和碳纖維相比，碳納米管的獨特結構使它擁有高比表面積效應和小尺寸效應，在吸波材料領域具有廣闊的應用前景。碳納米管作為典型的電導損耗材料，具有差的磁損耗特性，這使得它們不能滿足作為理想吸收體的要求[27]。

CNTs與磁損耗材料復合可形成CNTs-磁性吸收劑復合材料，彌補了CNTs磁導率較小的不足，且實現電導電損耗和磁損耗雙重衰減電磁波的目的[28-30]。Zhao等[31]研究了Fe3O4/MWCNTs在2～18 GHz頻率范圍內的吸波性能，發現在8.56 GHz頻率處反射損耗值達到-35.8 dB，且低于-10 dB的頻帶寬度為2.32 GHz。尖晶石MFe2O4(M: Ni2+、Zn2+、Co2+、Fe2+)相比磁性金屬氧化物具有更高的電阻率、磁導率和矯頑力，可以更加顯著地提高復合材料的吸波性能[32, 33]。在此基礎上，通過添加其他元素可進一步調節復合材料的吸波性能。Sutradhar等[34, 35]通過Cu2+摻雜Ni-Zn、Li-Zn鐵氧體，提高了鐵氧體初始的磁導率和電阻率，復合材料的吸波性能得到提高。Wang等[36]采用溶膠-凝膠法將SrFe12O19涂覆在CNTs上，發現最小反射損耗值達到-15.9 dB，吸波效果不明顯。因此研究人員采用多種合金元素摻雜，對CNTs復合材料的吸波性能的提高做了更進一步的研究[37-39]。此外，通過設計特殊三元殼核結構，制備SiO2為殼、CNTs和磁性吸收劑為核的復合材料，其抗氧化性能和阻抗匹配性能得到了極大的改善[40]。

與介電損耗材料復合是提高CNTs吸波性能的另一途徑，其中BaTiO3由于具有高介電常數和良好的鐵電性能，常被用來與CNTs復合。Melvin等[41]發現BaTiO3阻止了CNTs的團聚，納米復合材料的高界面面積增加了界面極化和多次散射。厚度為1.1 mm、CNTs質量分數為60%時，復合材料在13.2 GHz處反射損耗峰值達到-56.5 dB。Ni等[42]研究了不同結構BaTiO3-CNTs復合材料的吸波性能，發現雙層結構比單層結構具有更大的反射損耗峰值，其中雙層BaTiO3-CNTs復合材料在頻率為13.7 GHz處，反射損耗峰值達到-63.7 dB(超過99.9999%的吸收)。研究人員將CNTs-BaTiO3與聚苯胺(PANI)復合，利用PANI具有可控的電導率，使得復合材料具有良好的阻抗匹配和吸波性能[43]。

CNTs是吸波材料領域具有發展潛力的吸收劑，通過對其進行復合改性和結構優化，可以制備高性能的吸波材料。目前，國內外研究人員在CNTs的制備、結構優化和復合改性等方面有了長足進步，但其與電磁波之間的作用機理仍需要進一步的研究，且存在在基體中易團聚的問題。通過更深層次地探究吸波機理，研究有效的制備技術、改性工藝和結構設計，是CNTs吸波材料重要的發展方向。

4 新型碳材料

4.1 石墨烯電磁波吸收材料

石墨烯(GN)是由單層碳原子構成的理想二維晶體，為平面碳六元網絡結構，具有缺陷少、導電導熱性佳、穩定性好及力學強度高等優點，且具有高介電常數、高電子遷移率和超大比表面積。此外，石墨烯還可以促進電磁波的多重散射，從而提高了石墨烯復合材料的吸波性能[44]。石墨烯和其他碳材料一樣都面臨著阻抗匹配差的特點，且存在易團聚的困擾，為了提高石墨烯復合材料的吸波性能必須解決這兩個問題。將磁性顆粒和石墨烯摻雜，或者將磁性納米顆粒負載在石墨烯表面，使其同時具有電導損耗和磁損耗，可有效改善其阻抗匹配特性，制備出高性能吸波材料[45, 46]。此外，對石墨烯進行氧化還原處理制備還原氧化石墨烯(rGO)，由于rGO中含有少量的殘余極氧官能團，故可以顯著提高其吸波性能[47-50]。石墨烯/磁損耗吸收劑復合材料的吸波性能如表1所示。

為改善石墨烯分散性差的特點，研究人員將一維碳納米管和二維石墨烯復合構建三維復合結構。Chen等[51]研究采用相同方法制備rGO/MWCNTs和片狀石墨(GNP)/MWCNTs三維復合材料，發現MWCNTs有效抑制了石墨烯的堆積，在石墨烯基體中形成了更多的導電通道和大量的反射界面，提高了復合材料的介電性能和吸波性能。通過添加磁損耗材料和構建三維結構，不僅可以改善阻抗匹配，還解決了易團聚的問題。Zhang等[52]制備了Fe3O4/MWCNTs/rGO三維結構復合材料，研究發現MWCNTs纖維包含在三維多孔網絡石墨烯中，Fe3O4顆粒均勻地分散在MWCNTs/rGO表面上，在厚度為2.0 mm、頻率為13.44 GHz處獲得最小反射損耗值-36 dB，且小于-10 dB的頻帶寬度為11.4 GHz。Huang等[53]通過添加少量碳微管，有效防止了石墨烯的團聚，結果表明Fe2O3/rGO/碳微管復合材料在4 GHz頻率處的反射損耗峰值達到-50 dB。

改善石墨烯阻抗匹配和分散性問題的另一途徑是將其與磁性材料和導電聚合物(如PANI、聚吡咯(PPy)、聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)(PEDOT))復合，通過調整吸收劑含量和類型等調控復合材料的電磁參數，從而獲得優異的吸波性能。其中，通過化學方法將納米磁性顆粒負載在石墨烯-導電聚合物復合材料的表面是當下最常采用的方式。Yan等[54]將NiFe2O4負載在rGO-導電聚合物片層上，Liu等[55-60]制備了鐵氧體/導電聚合物/石墨烯三元復合材料。石墨烯/磁損耗吸收劑/導電聚合物復合材料的吸波性能如表2所示，由表可知大部分復合材料的最小反射損耗值超過-45 dB，這是因為納米復合材料阻抗匹配的改進和多層結構引起了額外的界面極化[61]。

表1 石墨烯/磁損耗吸收劑復合材料的吸波性能

表2 石墨烯/磁損耗吸收劑/導電聚合物復合材料的吸波性能

除了與電導損耗或磁損耗材料復合外，采用FSS損耗電磁波能量也受到人們的關注[62]。Chen等[63]采用化學氣相沉積法制備了多層石墨烯FSS，通過改變多層石墨烯的生長溫度、設計石墨烯層的模式，以滿足不同頻率下的阻抗匹配條件。Ye等[64]制備了一種具有多尺度分層結構的寬帶吸波復合材料，其中夾在兩層環氧玻璃纖維層壓板之間的rGO薄膜用作FSS，在整個X波段和Ku波段反射損耗值都小于-10 dB，在10.2 GHz頻率處最小反射損耗值達到-32 dB，在8～18 GHz范圍內平均反射損耗值達到-22.8 dB，通過引入FSS以及層狀石墨烯膜的極化和電導損耗，即改善阻抗匹配，也有助于吸收性能的提高。

繼碳納米管吸波材料之后，石墨烯吸波材料是一類嶄新的電磁波吸收材料，其應用前景廣闊。三元復合材料的吸波性能總體優于二元復合材料，但存在與基體難以分散均勻和界面相容性差等問題，其吸波機理也需要進一步探究。今后應深入研究制備方法和重要物理性能以及石墨烯基復合材料的吸波機理，從而制備高性能吸波材料。

4.2 其他碳系電磁波吸收材料

碳材料作為典型的電導損耗介質，一直是電磁波吸收的最有吸引力的候選者。除了炭黑、碳纖維、碳納米管和石墨烯等主要碳系材料外，碳球、介孔碳及碳前驅體等復合材料的吸波性能也是目前研究的熱點。Liu等[65]研究了多孔碳封裝Fe納米顆粒在2～18 GHz范圍內的吸波性能，研究表明，包裹Fe納米顆粒的多孔石墨網絡的形成能夠賦予復合材料非常高的介電常數和介電損耗，反射損耗值低于-20 dB的頻帶寬度為7 GHz，在10 GHz處達到最小反射損耗值-43 dB。Zhou等[66]制備了具有可調尺寸的中空碳納米球(HCNs)，研究不同尺寸的HCNs對吸波性能的影響，發現外徑為70 nm、內徑為30 nm的HCNs具有最佳的電磁波吸收性能。此外，研究人員將磁性顆粒與碳微球摻雜復合，制備了吸波性能更好的復合材料。Wang等[67]在碳微球(Cs)表面涂覆了一層CoFe磁性納米顆粒，材料的吸波性能得到明顯改善。Lv等[68]在中空碳球(HCs)表面制備了一層Fe/Fe3O4磁性納米顆粒涂層。Li等[69-71]對多孔活性碳球(PACB)摻雜磁性納米顆粒進行了一系列的研究。磁性顆粒摻雜涂覆碳球的吸波性能如表3所示，由表可知空心球比實心球的吸波性能更好，這歸因于空心腔內的多重反射。

表3 碳球/磁損耗吸收劑復合材料的吸波性能

圖4 核殼結構C/C微球的制備流程示意圖[80]Fig.4 Schematic illustration of the preparation of core-shell C/C microspheres[80]

殼核結構有利于特征阻抗的匹配，在匹配的特征阻抗下可以獲得理想的電磁波損耗能力，核心和殼體之間的多次反射可以改善復合材料的介電損耗，從而顯著提高復合材料的吸波性能[72-74]。力國民等[75]以葡萄糖為碳源，制備了Co3Fe7/C核殼結構復合材料，研究其吸波性能，結果顯示復合材料在厚度為2 mm處，反射損耗峰值達到-43.5 dB。Li等[76]以C4H14CoO8為碳源，制備了3D蜂窩狀FeCo/C核殼復合材料，在厚度為2.3 mm、頻率為10.8 GHz處獲得最小反射損耗值-54.6 dB，低于-10 dB頻帶寬度為5.3 GHz。Lv等[77]以酚醛樹脂作為前驅體，制備了C/CoxFe3-xO4殼核復合材料，在厚度為2 mm時，最小反射損耗值可達-23 dB，低于-10 dB頻帶寬達到7 GHz(11～18 GHz)。Du等[78]以酚醛樹脂作為前驅體，制備了Fe3O4/C核殼復合材料。碳殼包覆Fe3O4微球不僅可以提高其復介電常數，還可以改善特征阻抗，從而在這些復合材料中產生多重弛豫過程，從而大大提高這些復合材料的吸波性能。Chen等[79]采用水熱法以葡萄糖為碳源，制備了納米棒狀Fe3O4/C核殼復合材料，厚度為2.0 mm的復合材料在14.96 GHz處的最小反射損耗值約為-27.9 dB，反射損耗值低于-18 dB的吸收頻帶寬度高達10.5 GHz。Qiang等[80]制備了核殼結構C/C微球吸波材料(圖4)，發現在頻率為16.2 GHz處獲得最小反射損耗值為-39.4 dB，且小于-20 dB的頻帶寬度為13.5 GHz(4.5～18.0 GHz)。

由于其獨特的結構特征，碳微球、介孔碳類碳材料受到人們的關注，其中通過前驅體制備碳/磁性顆粒殼核結構復合材料成為又一種碳材料應用方向。通過原位生成碳/磁性顆粒殼核結構復合材料解決了碳分布的不均勻性，通過調節碳化溫度等控制石墨生成量以及碳厚度，從而控制復合材料的吸波性能，但其吸波機理還有待于研究。這類材料對后續制備高性能的吸波材料做出了探索，開拓了新的制備思路，這種優異的微波吸收復合材料可作為新型微波吸收材料的候選材料。

5 結 語

碳系吸波材料具有輕質、電導率高、制備工藝簡單等優點，但單一碳材料無磁損耗，直接應用會出現阻抗匹配失衡，吸波性能反而不好，人們通常通過對碳材料進行表面改性和摻雜改性，與不同類型的損耗材料復合制備吸波性能更加優異的碳系復合材料。為了滿足新型吸波材料“寬、薄、輕、強”的要求，碳系材料將朝著以下方面發展：

(1)碳材料與電磁波之間的作用機理還需要進一步研究。通過深入理解碳材料與電磁波的作用機理，從材料選擇、涂層厚度、尺寸大小等方面著手，進一步改進制備工藝，提高復合材料的吸收性能。

(2)對碳系材料進行表面改性或摻雜改性，調節其電磁參數。碳系材料易團聚的特性，阻礙了其應用與發展，通過對碳材料進行改性，改善其在基體中的分散，調節復合材料的電磁參數以提高其吸波性能。

(3)通過對材料微觀結構的合理設計提升其性能。探究結構和形貌對復合材料吸波性能的影響，其中核殼結構有利于特征阻抗匹配，核心和殼體之間的多重反射可以提高復合材料的吸波性能。

(4)采用多元復合材料提高其吸波性能。從吸波性能上看，三元復合材料優于二元復合材料和單一材料，因此，研究和開發多元復合吸波材料將成為主流。