【儀表網 研發快訊】屏蔽電磁干擾對人類健康和電子設備的可靠性有著重要影響。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，因此傳統的電磁屏蔽材料以導電金屬為主。然而，金屬存在材料密度大、價格高、易腐蝕、柔性差等問題，無法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，特別是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仍面臨兩個挑戰：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。
為此，中國科學院寧波材料技術與工程研究所高分子與復合材料實驗室芳雜環高分子團隊提出了一種多級形貌調控新策略，該策略以聚酰胺酸鹽與碳納米管(CNT)的水性分散液為前驅體，通過CNT含量與前驅體濃度的精準調控以及各向異性冷凍干燥技術，制備了具有仿生多級結構的聚酰亞胺/CNT復合氣凝膠。
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，并在升華過程中產生局部爆破力，從而形成類似牛肚的褶皺結構。采用該方法制備的聚酰亞胺/CNT氣凝膠具有獨特的多級結構(宏觀中心輻射+微觀類牛肚褶皺)，從而表現出優異的抗壓性能和壓縮負膨脹行為，在經歷500次壓縮循環后，結構穩定性仍保持在98.2%以上；同時，良好的分散性有效促進了聚酰亞胺基體中CNT納米橋的連接，使得復合氣凝膠在高孔隙率時表現出良好的電導率，結合多級孔結構能顯著增強電磁波反射特性，在室溫下可實現高達71 dB的電磁屏蔽效能，并且在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，也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基金(LZYQ25E030002)和國家資助博士后研究人員計劃(GZC20232797)等項目的資助。
圖1. 聚酰亞胺/CNT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。
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