5G 正在向 6G 演进，电磁干扰随之向更高频率、更宽带宽和更复杂的信号环境集中，轻质、宽频、高效的电磁波吸收材料（electromagnetic wave absorbers，EWAs）因此成为刚需。真正限制它的往往不是配方，而是合成路线：水热、化学气相沉积和管式炉退火都属于近平衡过程，原子有充足时间扩散重排并弛豫到能量最低点，最终留下的是有序相、粗化晶粒和已经连通的导电网络。缺陷被修复、亚稳相转变成稳定相、异质界面被互扩散磨平，而缺陷偶极极化、界面电荷积累和非理想导电网络恰恰是最能吃掉电磁能量的结构。于是电导率与阻抗匹配此消彼长、极化中心不足、界面耗散偏弱、高频磁响应受限这四个问题反复出现。要绕过它们，材料必须在远离平衡的状态下被冻住，而不是被慢慢加热到平衡。
针对上述问题，青岛大学吴广磊教授、河南工业大学张世杰副教授把闪蒸焦耳热（Flash Joule Heating，FJH）从一种超快合成手段重新定位为非平衡态工程平台：它不追求更快地抵达热力学稳定态，而是用毫秒级电热冲击加瞬时淬火打断弛豫，把高能结构留在材料里。这篇发表于 Nano Research 的综述逐条拆解 FJH 如何破解吸波材料的四大瓶颈，并展望了动力学编程、非平衡结构基因组、自适应电磁材料与 AI 闭环设计。
毫秒级电热冲击把材料推离平衡态
FJH 的加热方式与炉子完全不同：电容组释放的高压或大电流脉冲直接穿过导电或半导体前驱体，电子-声子耦合在材料内部把电能变成热，加热速率可达 104–105 K s−1，毫秒内瞬态温度超过 3000 K；脉冲结束后，辐射散热、向电极的传导散热与环境换热又让样品迅速淬火。作者把它与其他快速工艺放在同一张表里比较：激光加工同样能局部超过 3000 K、时间尺度在微秒到毫秒，但穿透深度和加工面积有限；微波加热通常低于 2000 ℃ 且依赖介电损耗；放电等离子烧结需要压力且偏向块体。FJH 的特点是整体体积加热、毫秒级非平衡与可放大的粉末处理，代价是必须使用导电前驱体并精确控制脉冲。在这套逻辑里，脉冲幅度、脉宽、波形与脉冲序列不再只是工艺条件，而是决定偏离平衡程度、能否触达瞬态结构以及这些结构能否被保留下来的状态控制变量。
FJH 从 2019 年的石墨烯合成扩展到碳化物、高熵合金等体系，并在毫秒尺度上把非平衡态写进吸波材料。
四类非平衡结构被同时冻结并协同耗散电磁能
FJH 的非平衡性可以在四个耦合维度上展开：热力学维度上，毫秒级能量注入造成电子温度远高于声子温度的瞬态高自由能状态；动力学维度上，淬火把原子困在浅势阱里，得到的是动力学俘获而非全局最优的结构；结构与缺陷维度上，缺陷形成与缺陷湮灭的时间尺度严重失配，空位、位错、湍层堆垛被大量保留，构型熵升高；界面与应变维度上，热冲击留下非均匀应变场与非晶-晶态杂化界面。实验证据已经出现：超快电热冲击能把热力学上互不相溶的元素冻成单相高熵合金纳米晶，也能稳定住常规炉冷下会分解或粗化的亚稳碳化物与二硫化物，如 α-MoCx、η-MoCx 以及 1T 相 MoS2 和 WS2。
瞬态热力学、动力学俘获、缺陷保留与界面应变演化四个维度互相耦合，共同决定最终结构。
导电、缺陷、界面与磁性四条耗散通道被调回最佳区间
这些结构正好对应吸波材料的四个痛点。电导率并非越高越好，过度石墨化会把复介电常数推高、让电磁波在表面被反射，而 FJH 把碳骨架冻结在部分石墨化、导电通路断续、层间无序的中间状态：蔗渣经 FJH 制备的石墨烯，其阻抗匹配优于在 750 ℃ 下退火得到的蔗渣灰。缺陷方面，以蒸馏残渣转化的湍层脉冲石墨烯（turbostratic pulse graphene，tPG）为例，其反射损耗达 −42.0 dB，最低匹配厚度仅 1.6 mm 时有效吸收带宽 3.9 GHz；延长脉宽会让 ID/IG 从 1.7 降到 0.075、I2D/IG 从 0.20 升到 2.1，说明脉冲参数能直接调节缺陷密度与石墨化程度。
电子迁移与跃迁、石墨烯的点缺陷与线缺陷、缺陷诱导极化，以及 tPG 的拉曼谱，共同解释缺陷与导电拓扑如何决定损耗。
界面与磁性的逻辑类似。常规退火会让相界变宽、成分梯度消失，FJH 则保留亚稳异质界面、纳米级相界、非晶-晶态结、成分不均匀畴区与富缺陷界面层，这些电学不连续结构强化 Maxwell-Wagner-Sillars 极化与界面电荷积累。磁性组分的瓶颈是 Snoek 极限：FJH 的毫秒反应时间抑制 Ostwald 熟化，使 Fe、Co、Ni 及其氧化物保持为小于 10 nm 的超小纳米晶，表面各向异性抬高有效各向异性场，把自然共振推向 X 波段和 Ku 波段；调节脉冲电流引入的晶格畸变还能通过磁弹各向异性连续调谐共振峰位置。
FJH 保留下来的非平衡界面类型，以及粒径减小与应变调控如何把磁共振峰推向更高频段。
脉冲参数正从工艺条件变成可编程的结构写入指令
在应用层面，作者把 FJH 描述成可编程的非平衡态写入工具。空间上，如果电极构型、前驱体结构与热边界条件能被人为设计，热梯度就能转成结构梯度：外层低电导率、阻抗匹配好，内层高电导率、损耗强，这种由外到内的功能梯度有望一步成形，而不必层层堆叠。时间上，多脉冲策略把材料演化拆成阶段：先用高能量脉冲建立导电骨架或触发主相变，再用低能量、短脉宽脉冲引入特定缺陷、调整表面化学或优化界面。同一化学成分在不同脉冲方案下可以得到完全不同的电磁响应，工艺历史因此成为独立的设计维度。更前瞻的方向是自适应与数据驱动：FJH 生成的富缺陷、高残余应变结构对热刺激、电偏压和机械形变都敏感，具备合成后再次调控、甚至在感知-决策-反馈回路中动态改变吸收或屏蔽特性的可能；而电压、电流密度、脉宽、频率与波形都可精确设定并数字记录，天然适合建立工艺-结构-性能数据集，用于正向预测、逆向设计与机器学习驱动的闭环优化。
从可编程输入到非平衡结构基因组再到电磁响应；空间编程构造梯度结构，时间编程用多脉冲分阶段调控结构与损耗。
总结与展望
这篇综述的价值在于把 FJH 的讨论从加热更快推进到状态可编程：非平衡结构不再是被动继承自热力学平衡的产物，而是由能量-时间轨迹主动写入的结果，脉冲参数成为调控缺陷、界面、导电逾渗与磁各向异性的坐标。对吸波材料而言，这提供了一条绕开平衡相图限制、同时优化阻抗匹配与衰减能力的设计路径。
需要保留的判断同样清楚。作者指出，目前电脉冲与缺陷密度、亚稳相含量、界面密度之间的关联仍以经验与定性解释为主，缺少把电学输入直接翻译成目标电磁响应的定量框架；许多机制是从最终产物反推的，毫秒、数千开尔文的中间过程基本是黑箱，需要高温计、时间分辨同步辐射衍射、原位拉曼与多物理场模拟来补足。非均匀性既是设计自由度也是良率风险，同一电学条件下不同位置的电流路径与热历史可能差别明显；更现实的落差在器件化，论文中的性能大多来自石蜡测试体系里的粉末，而磨碎、分散、加粘结剂、成膜或热压都可能破坏脆弱的缺陷网络与亚稳界面。至于非平衡结构基因组，作者明确把它标注为解释复杂结构的概念假设而非已建立的理论框架，自适应电磁系统与自主闭环合成也仍基本处于空白。
论文信息：Jia M, Qiao M, Zhang S, et al. Unlocking the potential of flash Joule heating for advanced electromagnetic wave absorbers: A non-equilibrium perspective. Nano Research, 2026. https://doi.org/10.26599/NR.2026.94909048.
