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  隨著電子設(shè)備的飛速發(fā)展，電磁輻射和電磁污染問題日益嚴重，嚴重危害精密電子設(shè)備正常運行并對人體健康產(chǎn)生潛在威脅。電磁屏蔽材料是解決相關(guān)電磁輻射、電磁污染的重要技術(shù)手段之一。聚合物基電磁屏蔽復(fù)合材料因其質(zhì)輕、耐腐蝕、易加工等特點逐漸取代傳統(tǒng)的金屬基電磁屏蔽材料。目前，聚合物基電磁屏蔽復(fù)合材料已經(jīng)取得了顯著的進展，但仍存在諸多挑戰(zhàn)。其中，電磁屏蔽材料結(jié)構(gòu)的可控設(shè)計以及性能可調(diào)性有待深入研究，這對電磁屏蔽材料性能的穩(wěn)定性以及適用性至關(guān)重要。

  前期，西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院顧軍渭教授團隊通過將高度規(guī)整的石墨烯膜（RGFs）定向排列構(gòu)筑于環(huán)氧樹脂基體中制備出X波段EMI SE高達82 dB的RGFs/環(huán)氧樹脂電磁屏蔽復(fù)合材料（Compos Part A-Appl S, 2019, 124: 105512）。并以氧化鋁蜂窩為模板，借助“犧牲模板-冷凍干燥-真空輔助浸漬”法成功構(gòu)筑了具有規(guī)整三維蜂窩結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂電磁屏蔽復(fù)合材料（Nano-Micro Lett, 2022, 14: 51--圖1），顯著提高了環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的電磁屏蔽性能，并賦予其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。

圖1 蜂窩結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂電磁屏蔽復(fù)合材料的制備流程、微觀結(jié)構(gòu)及性能

  團隊還采用定向冷凍法誘導(dǎo)填料序列化分布并組裝為有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在實現(xiàn)高效導(dǎo)電損耗同時利用填料/聚合物界面增強內(nèi)部電磁波的多次有規(guī)律的反射和重吸收，實現(xiàn)了復(fù)合材料EMI SE的快速高效提升（Research, 2020, 2020: 4093732；Research, 2022, 2022: 9780290）。并將石墨烯和MXene氣凝膠等集成于高度有序的天然生物質(zhì)基多孔碳骨架中，成功構(gòu)筑出了類“磚-泥”結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高效電磁屏蔽復(fù)合材料（J Mater Sci Technol, 2020, 52: 119--入選“領(lǐng)跑者5000-中國精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文”；Sci Bull, 2020, 65: 616--圖2），有效解決了生物質(zhì)材料電磁屏蔽效能低和氣凝膠結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題。

圖2 類“磚-泥”結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合材料的制備流程、微觀結(jié)構(gòu)及性能

  團隊還采用模板輔助限域策略成功構(gòu)筑出了孔徑大小和分布可控的中空MXene微球。復(fù)合材料中空微球結(jié)構(gòu)的引入不僅增強了界面極化，還促使電磁波在中空微球孔壁發(fā)生多次反射和散射，有效衰減并損耗了電磁波，進而賦予復(fù)合材料優(yōu)異的電磁屏蔽性能（X波段的電磁屏蔽性能為85 dB）（Adv Mater, 2023, 35: 2211642--圖3）。

圖3 中空MXene微球電磁屏蔽復(fù)合材料的制備流程、微觀結(jié)構(gòu)及性能

  近日，團隊提出引入吸濕性鹽CaCl₂以激活羧甲基纖維素（CMC）彈性行為的新策略，并結(jié)合墨水直寫（DIW）3D打印賦予了電磁屏蔽材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的精準性和性能的可調(diào)性。

  2025年6月12日，相關(guān)研究成果以“Direct-Ink-Writing Printed Aerogels with Dynamically Reversible Thermal Management and Tunable Electromagnetic Interference Shielding”為題發(fā)表在Advanced Materials期刊上（Advanced Materials, 2025, 10.1002/adma.202505521）。西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院張雅莉副教授為第一作者，顧軍渭教授和新加坡南洋理工大學(xué)周琨教授為共同通訊作者。

  該工作以CaCl₂交聯(lián)的CMC（CCMC）為基體，通過逐層DIW 3D打印沉積得到蜂窩結(jié)構(gòu)(Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/CCMC)–(AgNW/CCMC)氣凝膠。蜂窩結(jié)構(gòu)(Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/CCMC)–(AgNW/CCMC)氣凝膠具有良好的壓縮回彈性，可通過改變壓縮應(yīng)變來調(diào)控該氣凝膠的電磁屏蔽性能。當打印填充密度為35%、Ti₃C₂T_x質(zhì)量分數(shù)為40 wt%且氣凝膠壓縮應(yīng)變?yōu)?/span>60%時，該氣凝膠電磁屏蔽性能最佳（80 dB）。同時，該氣凝膠具有優(yōu)異的紅外隱身特性，可滿足高溫目標長期紅外隱身的應(yīng)用需求。另外，該氣凝膠在干冷/濕熱的環(huán)境下可實現(xiàn)隔熱（0.08 W·m^?1·K^?1）/導(dǎo)熱（0.67 W·m^?1·K^?1）的可逆轉(zhuǎn)換。該工作制備的具有可調(diào)電磁屏蔽性能和動態(tài)可逆熱管理性能的多功能材料在惡劣環(huán)境防護、智能熱偽裝以及航空航天等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

圖4 (Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/CCMC)–(AgNW/CCMC)氣凝膠的制備流程示意圖

圖5 墨水的流變性能及氣凝膠的微觀形貌

圖6 (Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/CCMC)–(AgNW/CCMC)氣凝膠的電磁屏蔽性能

圖7 (Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/CCMC)–(AgNW/CCMC)氣凝膠的紅外隱身性能

圖8 (Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/CCMC)–(AgNW/CCMC)氣凝膠的動態(tài)可逆熱管理性能

  本研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃項目、陜西省創(chuàng)新能力支撐計劃項目、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金等基金項目的資助支持。

  論文信息：

  Yali Zhang, An Liu, Yuanyuan Tian, Yujia Tian, Xiaosi Qi, Hua Qiu, Mukun He, Kun Zhou* and Junwei Gu*. Direct Ink Writing–Printed Aerogels with Dynamically Reversible Thermal Management and Tunable Electromagnetic Interference Shielding. Advanced Materials, 2025, 10.1002/adma.202505521.

  論文網(wǎng)址：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202505521

第一作者簡介：

  張雅莉，西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院副教授、碩士生導(dǎo)師。主要從事電磁波功能高分子復(fù)合材料（電磁屏蔽、吸波）的結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能調(diào)控及機理研究。入選2023年度科睿唯安全球高被引科學(xué)家、2025年度博士后創(chuàng)新人才支持計劃和西北工業(yè)大學(xué)翱翔人才計劃。獲中國復(fù)合材料學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎二等獎（8/8）。以第一/通訊作者在Adv Mater、Adv Funct Mater和Sci Bull等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文19篇。授權(quán)國家發(fā)明專利3件；參編Elsevier英文專著2部。任中國復(fù)合材料學(xué)會電磁復(fù)合材料分會委員，任eScience和Advanced Functional Fiber等期刊青年編委。