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  近年來，隨著智能電子與電磁防護技術的快速發展，電磁波吸收材料正從“高性能”向“可調控、可響應”方向演進。然而，傳統吸波材料在制備完成后電磁參數基本固定，難以適應復雜多變的電磁環境。

  針對這一瓶頸，東南大學周鈺明/何曼團隊提出了一種基于生物質纖維素液晶的磁響應吸波體系。通過構建“固殼/液核”異質結構，實現了材料在磁場作用下的結構重構與吸波性能的可編程調控。在保持優異吸波性能的同時，該體系可實現吸收頻段與強度的動態、可逆調節，為智能電磁防護材料的發展提供了新思路。

  相關工作以Intelligent Magnetically Reconfigurable Biomass Liquid Crystal Films with a Solid-Shell/Fluid-Core Anisotropic Architecture for Programmable Microwave Absorption為題發表在《Advanced Functional Materials》上。

  高性能電磁波吸收材料是保障電子設備穩定運行和實現電磁隱身的重要基礎。然而，目前主流吸波材料多為“靜態體系”，在制備完成后難以實現實時調節。為突破這一限制，研究者逐漸將關注點轉向刺激響應型吸波材料。在眾多外場調控方式中，磁場調控因具備非接觸、響應快速、可逆性強等優勢而備受關注。但現有磁響應體系仍面臨結構難以重構、填料取向隨機以及界面耦合不足等問題，從而限制了調控效率。

  在此背景下，東南大學周鈺明/何曼團隊以可再生生物質材料羥丙基纖維素（HPC）為基體，在高濃度條件下構建具有本征各向異性的膽甾相液晶結構，并引入Ni@CNT鏈狀納米填料，形成具有磁響應能力的一維各向異性單元。進一步地，通過紫外誘導聚合，在材料表層構筑致密固化層，而內部保持液晶流動態，最終形成“固殼/液核”結構的復合薄膜。這一結構設計兼顧了穩定性與可重構性：外層固殼提供力學支撐與封裝穩定性，內部液晶核心則賦予納米鏈在外場作用下的旋轉與重排能力，使材料在宏觀穩定的同時具備微觀結構可調性。

圖1 固殼/液核結構液晶復合薄膜的構筑示意圖

  在外加磁場作用下，Ni@CNT納米鏈沿磁場方向取向排列，并通過界面氫鍵作用誘導周圍纖維素分子協同重排，從而在材料內部構建跨尺度的各向異性結構網絡。在這一過程中，導電路徑、界面極化區域以及磁耦合結構同步重構，實現從納米尺度到宏觀結構的協同調控。

圖2 磁場作用下納米鏈取向與液晶基體協同重排機制

  基于上述結構重構機制，材料表現出顯著的取向依賴吸波特性。當納米鏈沿膜面水平方向排列時，可形成連續導電網絡和高效磁耦合通道，顯著延長電磁波在材料內部的傳播路徑，并增強界面極化與多重散射效應，從而實現最優吸波性能。相比之下，當納米鏈呈垂直或隨機取向時，導電網絡連續性降低、磁響應效率減弱，吸波性能隨之下降。更重要的是，該過程具有良好的可逆性。在反復施加與移除磁場的過程中，材料能夠在不同取向狀態之間穩定切換，實現吸波性能的動態調控。

圖3 不同取向結構下材料的電磁參數與吸波性能對比

  從機理上看，該體系的優異吸波性能來源于多種耗散機制的協同作用：Ni/CNT與HPC之間構建大量異質界面，產生強界面極化；CNT網絡促進載流子遷移，增強導電損耗；Ni納米顆粒提供自然共振與交換共振，貢獻磁損耗；同時，鏈狀結構引發的多重反射與散射進一步延長電磁波傳播路徑。在磁場調控下，這些機制被協同強化，從而實現高效且可調的電磁能量耗散。

圖4 三維RCS模擬結果和吸波機理示意圖

  本研究通過將生物質液晶體系的流動性與磁性納米鏈的響應性相結合，構建了一種具有“固殼/液核”結構的智能吸波材料，實現了電磁性能從靜態固定向動態可編程的轉變。該策略不僅突破了傳統吸波材料難以調控的瓶頸，也為新一代智能電磁防護材料的設計提供了重要思路。隨著智能電子與電磁隱身技術的發展，此類可重構、可響應材料有望在復雜電磁環境中發揮更加重要的作用。

  鏈接地址：https://doi.org/10.1002/adfm.74411

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