超彈電磁屏蔽氣凝膠研究取得進展

屏蔽電磁干擾對人類健康和電子設備可靠性具有重要影響。根據電磁屏蔽機理，電導率是決定電磁屏蔽效率的關鍵因素，因而傳統的電磁屏蔽材料以導電金屬為主。但金屬存在材料密度大、價格高、易腐蝕、柔性差等問題，難以滿足新一代電子設備的要求。聚合物/導電填料納米復合材料具有密度低、柔性好、成本低等優點，且該材料還可以引入多孔結構，從而增加多重反射幾率，進一步提升電磁屏蔽效能，具有良好的應用潛力。然而，聚合物基多孔電磁屏蔽材料面臨兩個挑戰：一是如何解決電導率與孔隙率矛盾的問題；二是如何降低多孔形貌對復合材料力學性能，特別是對彈性的負面影響。

近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員閻敬靈和副研究員陳海明團隊提出了多級形貌調控新策略。該策略以聚酰胺酸鹽與碳納米管的水性分散液為前驅體，通過精準調控碳納米管含量與前驅體濃度以及各向異性冷凍干燥技術，制備出具有仿生多級結構的聚酰亞胺/碳納米管復合氣凝膠。

研究表明，聚酰胺酸鹽溶液中引入高含量碳納米管可增加體系粘度，有效抑制冰晶生長，并在升華過程中產生局部爆破力，從而形成類似牛肚的褶皺結構。研究人員采用該方法制備的聚酰亞胺/碳納米管氣凝膠具有獨特的宏觀中心輻射+微觀類牛肚褶皺多級結構，從而表現出優異的抗壓性能和壓縮負膨脹行為。研究顯示，在經歷500次壓縮循環后，結構穩定性仍保持在98.2%以上，且良好的分散性有效促進了聚酰亞胺基體中碳納米管納米橋的連接，使復合氣凝膠在高孔隙率時表現出良好的電導率。研究人員進一步結合多級孔結構可顯著增強電磁波的反射特性，在室溫下實現高達71dB的電磁屏蔽效能，且在350 ℃高溫下仍能具有相當甚至稍高的電磁屏蔽效能。

該系列氣凝膠具有獨特的仿生結構、優異的機械強度以及負泊松比，可用于高溫苛刻環境下的電磁屏蔽。同時，該研究為耐高溫氣凝膠材料的結構設計提供了新思路。

相關研究成果以Bioinspired Polyimide/Carbon Nanotube Aerogels with Core-Radiating and Omasum-like Morphology toward Excellent Electromagnetic Shielding and Superior Elasticity為題，發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。研究得到國家資助博士后研究人員計劃、浙江省自然科學基金等的支持。

聚酰亞胺/碳納米管氣凝膠的結構設計與性能：(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) 氣凝膠的負泊松比；(f) 氣凝膠的循環壓縮性能；(g) 氣凝膠的高溫電磁屏蔽性能。