中科院宁波资料所AM：仿生多孔气凝胶完成高功能电磁屏蔽与超弹特性

  跟着电子设备的迅猛发展，电磁搅扰（EMI）屏蔽资料在保证设备可靠性与人体健康方面扮演着要害人物。但是，传统的聚合物基屏蔽资料往往在高填料含量下机械功能直线下降，难以在高温环境下坚持稳定性，且大都资料在动态变形下屏蔽效能显着下降，严峻约束了其在航空航天和高端电子范畴的运用。

  近来，中国科学院宁波资料技能与工程研讨所阎敬灵研讨员、陈海明副研讨员协作成功研制出一种具有仿生多孔结构的新式聚酰亚胺/碳纳米管（PI/CNT）气凝胶，该资料展现出杰出的电磁屏蔽功能与超弹特性。经过调控前驱体浓度与CNT含量，团队完成了气凝胶在微观、微观和纳米标准上的多层次结构规划，使其在71 dB的高屏蔽效能下仍坚持6470 dB·cm²·g⁻¹的超高比效能，一起具有负泊松比（约-0.28）和优异的循环紧缩稳定性（500次循环后高度坚持率达90%以上）。相关论文以“Bioinspired Polyimide/Carbon Nanotube Aerogels With Core-Radiating and Omasum-Like Morphology toward Excellent Electromagnetic Shielding and Superior Elasticity”为题，宣布在

  研讨团队从牛肚的层次化多孔结构中获取创意，提出了“仿牛肚褶皱”与“中心辐射状”双结构协同的规划战略。图1展现了该气凝胶的规划原理与制备进程：经过冰模板法与冷冻干燥技能，在前驱体溶液中引进CNT，运用其添加体系粘度，按捺冰晶成长，并在提高进程中发生部分爆炸力，然后构成相似牛肚的褶皱结构。图2进一步经过SEM图画提醒了不同CNT含量和气凝胶浓度对微观结构的影响，跟着CNT含量添加，气凝胶逐步呈现规整的“叶片状”褶皱，通道壁间隔增大、壁厚减薄，密度显着下降至18.6 mg/cm³，一起线性缩短率下降，显现出优异的标准稳定性。

  图1. PI气凝胶的规划原理与制备进程。 a) 牛肚结构示意图；b) 传统通道状结构与本研讨提出的仿牛肚结构在EMI屏蔽中的比照；c) 具有中心辐射结构和仿牛肚形状的气凝胶规划与制备流程。

  图2. Cxy气凝胶的描摹特征。 a) Cx-1.5 和 b) C67-y 气凝胶的SEM图画；c) Cx-1.5气凝胶的通道壁间隔（d）、壁厚（t₁）和叶片厚度（t₂）；d) 线性缩短率与密度；e) 与近期报导的PI气凝胶的缩短率与密度比照；f) C67-y气凝胶的结构参数；g) 其线性缩短率与密度；h) 构成仿牛肚形状的条件相图。

  图3展现了气凝胶的中心辐射状结构及其在紧缩进程中的变形机制。该结构源于冷冻进程中由外至内的热传导方法，导致冰晶从模具表面向中心辐射成长。在紧缩进程中，气凝胶表现出显着的负泊松比行为，应变可达80%且康复率高达98%。图4则经过循环紧缩测验标明，C67-1.5气凝胶在500次循环后仍坚持98.2%的弹性功率，远优于传统气凝胶，其压力-应变传感功能也表现出高灵敏度和快速呼应特性（呼应时刻0.11秒）。

  图3. 中心辐射结构与紧缩功能。 a) 高向与长向的SEM图画显现辐射结构；b) 受力剖析与变形机制模型；c) C67-1.5气凝胶紧缩与康复进程相片；d,e) 不同气凝胶的泊松比；f) Cx-1.5气凝胶的紧缩应力-应变曲线在不同应变下的曲线；h) 不同应变率下的紧缩呼应。

  图4. 疲惫反抗、结构稳定性与压力-应变传感功能。 a) C67-1.5气凝胶的循环紧缩曲线次循环中的应力改变；c) 与其它PI气凝胶的结构稳定性比照；d) C67-y气凝胶的紧缩曲线；e) 仿牛肚结构与传统结构在受力时的比照示意图；f,g) 在不同应变下的电阻呼应；h) 呼应时刻；i) 接连紧缩下的信号稳定性。

  在电磁屏蔽功能方面，图5显现跟着CNT含量添加，屏蔽效能从33 dB提高至71 dB，且以吸收为主导机制。该气凝胶在高温环境下（最高350°C）仍坚持稳定，屏蔽效能乃至略有提高，这归因于CNT网络中缺点介导的载流子跃迁增强。其优异的归纳功能使其在高温、机械应力等极点环境下具有宽广的运用远景。

  图5. 电磁屏蔽功能。 a) 屏蔽效能（SE）、b) 反射损耗（SER）、c) 吸收损耗（SEA）随频率改变；d) 与其它资料的屏蔽功能比照；e) 运用C67-5.0气凝胶屏蔽手机信号的演示；f) 屏蔽机制示意图；g-i) 高温下C67-5.0气凝胶的屏蔽功能改变。

  该项研讨经过仿生结构规划与多标准调控，成功克服了传统EMI屏蔽资料在机械功能与屏蔽效能之间的权衡问题，为下一代自适应电磁屏蔽体系的规划供给了新思路，尤其在航空航天、柔性电子等高端范畴具有极端严重运用潜力。

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