近日，東南大學化工學院、無錫校區張久洋教授團隊在國際知名期刊《Nature Communications》上發表題為《Cohering Particles via Weak Electromagnetic Waves for Highly Conductive Polymer Composites》的研究論文，提出了利用低能量電磁波優化導電填料在聚合物復合材料中接觸網絡的全新策略，該方法從19世紀經典的赫茲電磁實驗和馬可尼第一代檢波器獲得啟發，顯著提升了復合材料的導電性能，團隊相關數項國內、國際專利已獲得授權。
高分子導電復合材料是電氣工程、消費電子、電子器件等國民經濟領域中的關鍵材料。然而，為實現高導電性，通常需要填充大量昂貴的導電填料（如銀粉、碳納米管等），填充量常超過75 wt%，導致材料成本居高不下。盡管已有研究嘗試通過復雜策略（特殊填料、表面改性、復合新工藝等）降低填充量，但其工業應用仍嚴重受限。
本研究從1887年赫茲電磁實驗以及1895年馬可尼與波波夫發明的第一代電磁波檢波器的原理中獲得靈感：即金屬粉末在電磁波作用下發生凝聚，從高電阻態轉變為低電阻態。張久洋教授團隊將這些經典電磁現象引入聚合物復合材料體系，通過弱電磁波遠程、快速地誘導導電顆粒間表面氧化物擊穿，并利用焦耳熱實現顆粒間的微觀焊接，從而優化導電網絡，簡便地將復合材料的導電率提升3-4個數量級。
圖1. 基于第一代檢波器原理的利用低能量電磁波提升復合材料導電率的策略
本研究表明，基于該策略的柔性復合材料在功率低至10?? mW的電磁波下，實現瞬間響應，電阻從50 MΩ急劇下降至1 kΩ，完成了從絕緣體到導體的轉變。這一過程極其迅速，僅需0.34微秒（圖1）。此外，研究團隊提出了“電磁波+瞬態電壓”聯合處理策略，可將優化后的導電網絡永久鎖定在復合材料中（圖2），顯著降低導電滲透閾值（如鋼纖維從45 wt%降至15 wt%），并成功制備出導電率高達1.3×106 S/m的銀-樹脂復合材料，性能優于多數商用導電銀漿。尤為重要的是，此項技術具有廣泛的普適性，適用于碳材料、金屬等多種導電填料及大多數聚合物體系。
圖2. 低能電磁波提升復合材料的導電率的普適性證明
高分子復合功能材料是張久洋教授課題組的重要研究方向，主要探索高分子復合導電材料在電子功能器件和電子封裝基礎材料中的科學理論與應用前景。論文第一作者為博士生汪曉涵，張久洋教授是論文的唯一通訊作者，東南大學為第一通訊單位，該研究成果得到國家自然科學基金、江蘇省國家自然科學基金的資助。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-65443-2
