信息化时代的飞速发展使各类电子设备与无线通信系统在军事、民用领域广泛应用。然而，伴随而来的高频电磁干扰（EMI）及电磁空间辐射问题日益突出：一方面，电磁污染危害精密设备稳定运行及信息安全；另一方面，涉及国防等高尖端应用（如隐身飞行器）需具备高效电磁波吸收能力。因此，开发高性能吸波材料已成为电磁安全领域的关键需求。近年来，得益于独特的成分调控自由度，高熵合金（HEAs）吸波剂以其优异多尺度协同损耗效能，成为备受关注的研究前沿。

电磁防护的原理

当前，基于电磁波的传播方式，对电磁波辐射的防护方式主要有电磁波屏蔽和电磁波吸收两种，其中，电磁波屏蔽是利用导电或磁性材料以形成电磁波封闭区域，利用反射作用来对特定空间进行防护阻止电磁波的透射，这种机制虽阻止电磁波的透射，但易形成“二次电磁辐射”，不适用于需“低可探测性”场景。而电磁波吸收则能使得电磁波进入吸波材料的内部后，通过相互作用，将其转化为热能等其他形式的能量而被消散的过程。因此相比于电磁波屏蔽，电磁波吸收这种机制可以从根本上解决电磁辐射干扰的问题。

电磁波传播形式

吸波材料的分类及要求

通常吸波剂的选择需要同时考虑阻抗匹配和损耗特性，当吸波剂与目标应用环境的阻抗匹配时，其能实现反射最小化，使电磁波最大程度地进入材料内部被吸收。而损耗特性则是电磁波进入材料内部后被损耗消散的能力。根据主导损耗机制，吸波剂可分为如下几种：

（1）磁滞损耗型吸波剂：常见的磁损耗型吸收剂有铁氧体、磁性金属粉、多晶金属纤维等，该类吸波剂主要依赖高磁导率实现磁滞损耗、涡流损耗、共振损耗等，但高温下其会失去磁性使其无法应用于高温部件的雷达吸波隐身。

（2）电介质损耗型吸收剂：要通过介质极化弛豫损耗来吸收电磁波，其可满足苛刻的热环境要求，但介电损耗型材料的磁性能一般很差，低频下很难实现阻抗匹配，导致吸收性能不好。主要以钛酸钡铁电陶瓷、碳化硅等为代表。

（3）电阻型吸波材料：电阻型吸波剂主要有炭黑、金属粉、石墨以及特种碳纤维等，其主要通过与电场的相互作用来吸收电磁波，吸收效率取决于材料的电导和介电常数，电导率越高，其载流子引起的宏观电流越大，越有利于将电磁能转化为热能，但石墨等的高温抗氧化能力差；

可以看出，单一材料吸波剂由于材料的固有局限，存在频带受限、稳定性弱、结构单一等缺陷，难以满足现代电磁防护“宽、薄、强、稳”综合需求。

高熵合金吸波剂的优势

高熵合金（HEAs）由五种或更多主元（每种元素原子百分比在5%-35%之间）组成，并通过足够高的构型熵形成固溶体合金。由于成分多样性和结构复杂性，其具有显著的“高熵”、“晶格畸变”、“迟滞扩散”、“鸡尾酒”四大核心效应，使其成为极具吸引力的吸波剂候选材料。

高熵合金形成原理（来源：参考文献4）

（1）高熵效应：混合熵是用来表征混乱系统的无序度的物理量，高熵合金系统足够大的混合熵，能有效抵消混合焓的作用从而获得较低的吉布斯自由能，抑制复杂化合物的生成，促进形成简单固溶体，因此高熵合金往往具有较好的稳定性。

（2）晶格畸变效应：在高熵合金中，因为原子尺寸差异较大，往往会导致晶格畸变，从而增加电磁波在材料内部传播时的散射过程，有效地增加电磁波的路径，从而增加其在材料内部的能量损耗，提高吸收效率。

（3）迟滞扩散效应：在高熵合金中，由于元素间原子尺寸、电负性、晶格结构等方面的显著差异，原子扩散的活化能较高，原子扩散速率显著低于基于组分元素迁移率预测的值。这种“迟滞扩散”效应有助于防止合金中的相界等微观结构在长期使用过程中发生变化，确保吸波性能的长期稳定性。

（4）鸡尾酒效应：单一或少量元素的传统合金在电磁吸收方面的机制较为单一，且存在一定的局限性，而高熵合金不仅可以通过改变合金中各个元素的比例，精准调控材料的磁性、电导率、介电常数等性电磁性质，实现各个成分的性能互补，而且由于大量主元元素被强制固溶在同一个晶格，在多主元原子间复杂的相互作用下，可以产生显著不同于传统合金的新性能，最终提供更加丰富的电磁损耗机制和物理性能。

常用高熵合金吸波剂体系设计

大量研究表明，含有Fe、Co和Ni的合金具有高饱和磁化率和磁导率，吸波性能优异。因此，当前的高熵合金吸波材料通常是在FeCoNi合金的基础上进行开发、设计和改性的，主要设计手段有如下几种：

1、调控高熵合金元素组成

虽然单相高熵合金具有优良的物理力学性能，但在交变电磁场作用下，其表面容易形成涡流，阻碍了电磁波的入射，大大降低了材料的电磁波吸收效果。而基于“鸡尾酒”效应，高熵合金可以通过调控与设计体系内铁磁性元素的成分和含量，调整出最佳的微观形貌和电磁参数，同时也通过其他介电损耗型材料，使其具备其他优异的物理性能。

比如在FeCoNi合金的基础上，添加Ti可以提高高熵合金的电阻率，有效地优化了阻抗匹配，同时减轻HEA材料的重量；Cr元素与Fe、Co元素为反铁磁性耦合，其添加可以提升体系的饱和磁化强度；而在体系中掺杂碳则能使得碳以间隙原子的形式溶解到合金中，能够起到增强机械硬度和耐蚀性能的效果....

2、工艺控制

高熵合金粉末微观形貌、晶粒尺寸以及结晶度等都会影响高熵合金的电磁吸波能力，一方面，在制备过程中通过调整球磨工艺参数，例如球磨速度、球磨时间、过程控制剂的类型及含量等来控制其形貌、粒径及晶粒大小等。另一方面，可以通过热处理能够提升高熵合金材料的结晶度，减少晶格缺陷，从而降低内应力和提高磁导率，最终满足吸收微波所需的阻抗匹配和衰减特性。

3、微观形貌结构设计

实心球状的HEAs粉末表面光滑致密，趋肤深度小，由于金属的屏蔽作用，大部分的入射电磁波在金属表面发生反射，无法保证足够的电磁波进入材料内部。而将高熵合金粉体设计成多孔结构有利于入射电磁波进入HEAs粉末颗粒内部，并使入射电磁波只能在孔道内壁发生多重反射，有效延长了电磁波的传输距离，从而提高电磁吸收损耗的能力。另外，多孔结构也增大了HEAs粉末颗粒的比表面积，增加了金属—空气界面，界面处聚集的大量偶极子在电磁波照射时引起了强烈的偶极子极化和界面极化，消耗了入射的电磁波能量，增强了对入射电磁波的吸收。

小结

高熵合金吸波剂凭借其独有的组分弹性与结构灵活性，为发展集“宽频化”、“轻薄化”、“耐环境化”、“易复合化”于一体的下一代高效吸波材料开辟了新路径。但由于HEAs中多主元耦合引发的复杂电磁损耗机制，仍需要深度挖掘其电磁响应形成机理，并建立“成分-微结构-电磁性能”的定量关联模型与理论预测工具，以精准指导高性能HEAs的定制化设计，加速高性能HEAs走向实用化，满足从高端装备隐身到终端消费电子电磁兼容（EMC）防护的核心需求，形成兼具防护效能与实用价值的创新型材料体系。

参考文献：

1、吴金波,杨国栋,张竞哲,等.高熵电磁波吸收材料研究进展[J].陶瓷学报.

2、董福宇,刘峰,申向阳,等.高熵合金粉体制备及应用的发展现状[J/OL].中国粉体技术.

3、王硕.新型Al-Fe-Ni系高熵合金吸波材料成分设计及性能研究[D].西安石油大学.

4、李泽瑞.FeCoCrAlGd系高熵合金粉的吸波性能研究[D].大连理工大学.

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