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屏蔽電磁干擾對人類健康和電子設(shè)備可靠性具有重要影響。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，因而傳統(tǒng)的電磁屏蔽材料以導(dǎo)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(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)，且該材料還可以引入多孔結(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。

近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員閻敬靈和副研究員陳海明團(tuán)隊提出了多級形貌調(diào)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(qū)體，通過精準(zhǔn)調(diào)控碳納米管含量與前驅(qū)體濃度以及各向異性冷凍干燥技術(shù)，制備出具有仿生多級結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺/碳納米管復(fù)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(chǎn)生局部爆破力，從而形成類似牛肚的褶皺結(jié)構(gòu)。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(dú)特的宏觀中心輻射+微觀類牛肚褶皺多級結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的抗壓性能和壓縮負(fù)膨脹行為。研究顯示，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，且良好的分散性有效促進(jìn)了聚酰亞胺基體中碳納米管納米橋的連接，使復(fù)合氣凝膠在高孔隙率時表現(xiàn)出良好的電導(dǎo)率。研究人員進(jìn)一步結(jié)合多級孔結(jié)構(gòu)可顯著增強(qiáng)電磁波的反射特性，在室溫下實現(xiàn)高達(dá)71dB的電磁屏蔽效能，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。同時，該研究為耐高溫氣凝膠材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了新思路。

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)表在《先進(jìn)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(xué)基金等的支持。

論文鏈接

聚酰亞胺/碳納米管氣凝膠的結(jié)構(gòu)設(shè)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(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。