寧波材料所在超彈電磁屏蔽氣凝膠領(lǐng)域取得進(jìn)展?
屏蔽電磁干擾對人類健康和電子設(shè)備的可靠性有著重要影響。根據(jù)電磁屏蔽機(jī)理，電導(dǎo)率是決定電磁屏蔽效率的關(guān)鍵因素，因此傳統(tǒng)的電磁屏蔽材料以導(dǎo)電金屬為主。然而，金屬存在材料密度大、價(jià)格高、易腐蝕、柔性差等問題，無法滿足新一代電子設(shè)備的要求。聚合物/導(dǎo)電填料納米復(fù)合材料具有密度低、柔性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，特別是還可以引入多孔結(jié)構(gòu)，從而增加多重反射幾率、進(jìn)一步提升電磁屏蔽效能，具有良好的應(yīng)用潛力。然而，聚合物基多孔電磁屏蔽材料仍面臨兩個挑戰(zhàn)：一是如何解決電導(dǎo)率與孔隙率矛盾的問題；二是如何降低多孔形貌對復(fù)合材料力學(xué)性能，特別是對彈性的負(fù)面影響。
為此，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高分子與復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室芳雜環(huán)高分子團(tuán)隊(duì)提出了一種多級形貌調(diào)控新策略，該策略以聚酰胺酸鹽與碳納米管（CNT）的水性分散液為前驅(qū)體，通過CNT含量與前驅(qū)體濃度的精準(zhǔn)調(diào)控以及各向異性冷凍干燥技術(shù)，制備了具有仿生多級結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺/CNT復(fù)合氣凝膠。
研究表明，聚酰胺酸鹽溶液中引入高含量CNT可以增加體系粘度，從而有效抑制冰晶生長，并在升華過程中產(chǎn)生局部爆破力，從而形成類似牛肚的褶皺結(jié)構(gòu)。采用該方法制備的聚酰亞胺/CNT氣凝膠具有獨(dú)特的多級結(jié)構(gòu)（宏觀中心輻射+微觀類牛肚褶皺），從而表現(xiàn)出優(yōu)異的抗壓性能和壓縮負(fù)膨脹行為，在經(jīng)歷500次壓縮循環(huán)后，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性仍保持在98.2%以上；同時(shí)，良好的分散性有效促進(jìn)了聚酰亞胺基體中CNT納米橋的連接，使得復(fù)合氣凝膠在高孔隙率時(shí)表現(xiàn)出良好的電導(dǎo)率，結(jié)合多級孔結(jié)構(gòu)能顯著增強(qiáng)電磁波反射特性，在室溫下可實(shí)現(xiàn)高達(dá)71?dB的電磁屏蔽效能，并且在350 ℃高溫下仍能具有相當(dāng)甚至稍高的電磁屏蔽效能。
該系列氣凝膠具有獨(dú)特的仿生結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度以及負(fù)泊松比，可用于高溫苛刻環(huán)境下的電磁屏蔽，也為耐高溫氣凝膠材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新思路。相關(guān)研究成果以“Bioinspired Polyimide/Carbon Nanotube Aerogels with Core-Radiating and Omasum-like Morphology toward Excellent Electromagnetic Shielding and Superior Elasticity”為題發(fā)表于Advanced Materials（原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202513423）。
寧波材料所博士后喬士亞為第一作者，陳海明副研究員和閻敬靈研究員為共同通訊作者。該研究獲得浙江省自然科學(xué)基金(LZYQ25E030002)和國家資助博士后研究人員計(jì)劃(GZC20232797)等項(xiàng)目的資助。
圖1.?聚酰亞胺/CNT氣凝膠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能：(a)?聚酰亞胺的合成路線；(b) 牛肚微觀形貌示意圖；(c) 多孔電磁屏蔽材料常規(guī)孔道形貌和本工作中提出的類牛肚狀形貌的對比；(d)聚酰亞胺/CNT氣凝膠制備過程；(e) 氣凝膠的負(fù)泊松比；(f) 氣凝膠的循環(huán)壓縮性能；(g) 氣凝膠的高溫電磁屏蔽性能。
(高分子與復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室 喬士亞)
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