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  隨著電子設備的飛速發展，電磁輻射和電磁污染問題日益嚴重，嚴重危害精密電子設備正常運行并對人體健康產生潛在威脅。電磁屏蔽材料是解決相關電磁輻射、電磁污染的重要技術手段之一。聚合物基電磁屏蔽復合材料因其質輕、耐腐蝕、易加工等特點逐漸取代傳統的金屬基電磁屏蔽材料。目前，聚合物基電磁屏蔽復合材料已經取得了顯著的進展，但仍存在諸多挑戰。其中，電磁屏蔽材料結構的可控設計以及性能可調性有待深入研究，這對電磁屏蔽材料性能的穩定性以及適用性至關重要。

  前期，西北工業大學化學與化工學院顧軍渭教授團隊通過將高度規整的石墨烯膜（RGFs）定向排列構筑于環氧樹脂基體中制備出X波段EMI SE高達82 dB的RGFs/環氧樹脂電磁屏蔽復合材料（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”法成功構筑了具有規整三維蜂窩結構的環氧樹脂電磁屏蔽復合材料（Nano-Micro Lett, 2022, 14: 51--圖1），顯著提高了環氧樹脂復合材料的電磁屏蔽性能，并賦予其優異的熱穩定性和力學性能。

圖1 蜂窩結構環氧樹脂電磁屏蔽復合材料的制備流程、微觀結構及性能

  團隊還采用定向冷凍法誘導填料序列化分布并組裝為有序網絡結構，在實現高效導電損耗同時利用填料/聚合物界面增強內部電磁波的多次有規律的反射和重吸收，實現了復合材料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基多孔碳骨架中，成功構筑出了類“磚-泥”結構的輕質高效電磁屏蔽復合材料（J Mater Sci Technol, 2020, 52: 119--入選“領跑者5000-中國精品科技期刊頂尖學術論文”；Sci Bull, 2020, 65: 616--圖2），有效解決了生物質材料電磁屏蔽效能低和氣凝膠結構不穩定的問題。

圖2 類“磚-泥”結構電磁屏蔽復合材料的制備流程、微觀結構及性能

  團隊還采用模板輔助限域策略成功構筑出了孔徑大小和分布可控的中空MXene微球。復合材料中空微球結構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生多次反射和散射，有效衰減并損耗了電磁波，進而賦予復合材料優異的電磁屏蔽性能（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微球電磁屏蔽復合材料的制備流程、微觀結構及性能

  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，并結合墨水直寫（DIW）3D打印賦予了電磁屏蔽材料結構設計的精準性和性能的可調性。

  2025年6月12日，相關研究成果以“Direct-Ink-Writing Printed Aerogels with Dynamically Reversible Thermal Management and Tunable Electromagnetic Interference Shielding”為題發表在Advanced Materials期刊上（Advanced Materials, 2025, 10.1002/adma.202505521）。西北工業大學化學與化工學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周琨教授為共同通訊作者。

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

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)氣凝膠的動態可逆熱管理性能

  本研究工作得到了國家自然科學基金、陜西省自然科學基礎研究計劃項目、陜西省創新能力支撐計劃項目、中央高校基本科研業務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.

  論文網址：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202505521

第一作者簡介：

  張雅莉，西北工業大學化學與化工學院副教授、碩士生導師。主要從事電磁波功能高分子復合材料（電磁屏蔽、吸波）的結構設計、性能調控及機理研究。入選2023年度科睿唯安全球高被引科學家、2025年度博士后創新人才支持計劃和西北工業大學翱翔人才計劃。獲中國復合材料學會科學技術獎二等獎（8/8）。以第一/通訊作者在Adv Mater、Adv Funct Mater和Sci Bull等期刊發表學術論文19篇。授權國家發明專利3件；參編Elsevier英文專著2部。任中國復合材料學會電磁復合材料分會委員，任eScience和Advanced Functional Fiber等期刊青年編委。