在21世紀(jì)，數(shù)字技術(shù)和通信系統(tǒng)的迅猛發(fā)展推動了社會進(jìn)步。然而，這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用也引發(fā)了一種新的環(huán)境污染——電磁干擾（EMI）。EMI可能會干擾精密電子和生物系統(tǒng)，對人類生命和經(jīng)濟(jì)構(gòu)成潛在威脅。因此，開發(fā)EMI屏蔽材料已成為材料科學(xué)領(lǐng)域的熱門話題。傳統(tǒng)上，金屬如不銹鋼、銅、鋁和銀因其顯著的屏蔽效果而備受青睞。然而，這些金屬的高導(dǎo)電性往往導(dǎo)致通過反射來屏蔽電磁波，這可能會無意中產(chǎn)生二次電磁污染。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，研究人員開始探索合成EMI屏蔽材料，包括導(dǎo)電聚合物、石墨烯、MXene、碳納米管 （CNT）和銀納米線（AgNW）等。然而，目前對吸收主導(dǎo)型結(jié)構(gòu)的研究仍然有限，只有少數(shù)研究評估了吸收參數(shù)在屏蔽性能評價中的作用。
設(shè)計吸收主導(dǎo)型EMI屏蔽結(jié)構(gòu)需要特別注意詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，旨在最小化反射不必要的電磁噪聲，并通過各種衰減機(jī)制捕獲電磁 波。這種解決方案通常被稱為“EMI陷阱”或綠色EMI屏蔽。然而，過分強(qiáng)調(diào)材料選擇而忽視屏蔽行為的重要性，導(dǎo)致許多反射主導(dǎo)型EMI屏蔽的產(chǎn)生。以MXene為例，這種二維納米材料因其高導(dǎo)電性而被廣泛用于薄膜制備，但主要反射入射電磁波，類似于傳統(tǒng)金屬基EMI屏蔽材料。然而，通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計和MXene與其他低導(dǎo)電介質(zhì)的集成，如氣凝膠、泡沫或多層復(fù)合材料，可以充分挖掘其用于先進(jìn)低反射屏蔽解決方案的潛力。這一示例為EMI屏蔽指明了一條 道路：必須將電磁屏蔽材料的內(nèi)在特性與合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)吸收主導(dǎo)型屏蔽。這一關(guān)鍵概念在本領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)驗(yàn)和綜述文獻(xiàn)中尚未得到充分探討。
.png)
圖1. a,b) 高度導(dǎo)電薄結(jié)構(gòu)中主要電磁干擾（EMI）屏蔽機(jī)制的示意圖。c) 趨膚深度是指電磁場強(qiáng)度呈指數(shù)級衰減至初始入射值1/e的距離。d) 分隔結(jié)構(gòu)、e) 多孔結(jié)構(gòu)和f) 多層結(jié)構(gòu)內(nèi)部散射的示意圖。
解析
圖1. a,b) 高度導(dǎo)電薄結(jié)構(gòu)中主要EMI屏蔽機(jī)制的示意圖
這部分描述了圖1中的a和b兩個子圖，它們展示了高度導(dǎo)電薄結(jié)構(gòu)中主要的電磁干擾（EMI）屏蔽機(jī)制。在高度導(dǎo)電的材料中，電磁波（EMWs）與材料表面的自由電子或空穴相互作用，導(dǎo)致電子振蕩并產(chǎn)生感應(yīng)場，即反射波。這種反射是導(dǎo)電材料屏蔽EMI的主要機(jī)制之一。示意圖可能展示了電磁波入射到導(dǎo)電材料表面時，部分波被反射回去，而部分波可能進(jìn)入材料內(nèi)部但被迅速衰減的過程。
c) 趨膚深度是指電磁場強(qiáng)度呈指數(shù)級衰減至初始入射值1/e的距離
趨膚深度（Skin Depth）是電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時，其場強(qiáng)（包括電場和磁場）隨深度增加而衰減到初始入射值的1/e（約37%）時的距離。這個概念對于理解電磁波在導(dǎo)電材料中的傳播和衰減非常重要。趨膚深度與材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率和電磁波的頻率有關(guān)，公式為：
δ= 1/
其中，δ 是趨膚深度，σ 是材料的電導(dǎo)率，μ 是材料的磁導(dǎo)率，f 是電磁波的頻率。趨膚深度越小，說明電磁波在材料中的衰減越快，即材料對電磁波的屏蔽效果越好。
d) 分隔結(jié)構(gòu)、e) 多孔結(jié)構(gòu)和f) 多層結(jié)構(gòu)內(nèi)部散射的示意圖
這部分描述了圖1中的d、e和f三個子圖，它們分別展示了分隔結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)內(nèi)部電磁波的散射機(jī)制。
*分隔結(jié)構(gòu)：在分隔結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電填料主要分布在聚合物基體的界面處，形成局部的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)通過增加電磁波在材料內(nèi)部的散射和反射次數(shù)，提高材料的屏蔽效果。示意圖可能展示了電磁波在分隔結(jié)構(gòu)內(nèi)部多次反射和散射的過程。
*多孔結(jié)構(gòu)：多孔結(jié)構(gòu)（如泡沫、氣凝膠等）具有大量的孔隙，這些孔隙可以增加電磁波在材料內(nèi)部的傳播路徑，從而增加電磁波與材料相互作用的次數(shù)。示意圖可能展示了電磁波在多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部通過多次反射、散射和吸收而衰減的過程。多孔結(jié)構(gòu)通過其獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)和較低的密度，實(shí)現(xiàn)了對電磁波的有效吸收和衰減。
*多層結(jié)構(gòu)：多層結(jié)構(gòu)由不同材料或不同導(dǎo)電性的層組成，每層都對電磁波有不同的屏蔽效果。示意圖可能展示了電磁波在多層結(jié)構(gòu)內(nèi)部通過各層時的反射、吸收和透射過程。多層結(jié)構(gòu)通過優(yōu)化各層的材料和厚度，可以實(shí)現(xiàn)高效的電磁波屏蔽，特別是通過調(diào)整各層的導(dǎo)電性和磁導(dǎo)率，可以進(jìn)一步減少電磁波的反射，提高吸收效果。
總結(jié)
圖1通過示意圖展示了高度導(dǎo)電薄結(jié)構(gòu)中主要的EMI屏蔽機(jī)制，包括反射和趨膚效應(yīng)，以及分隔結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)內(nèi)部電磁波的散射機(jī)制。這些機(jī)制共同作用，決定了材料對電磁波的屏蔽效果。理解這些機(jī)制對于設(shè)計和優(yōu)化EMI屏蔽材料具有重要意義。
.png)
圖2.
a) 還原氧化石墨烯（rGO）結(jié)構(gòu)中的偶極極化。
b) 界面極化的簡化示意圖，展示了由石墨烯和磁性納米顆粒組成的納米復(fù)合材料，其中導(dǎo)電相與磁性相之間具有大量界面。
c) 石墨烯片內(nèi)傳導(dǎo)損耗的示意圖。
d) 渦流損耗和e) 自然共振作為磁損耗影響因素的示意圖。
解析
圖2通過多幅子圖，分別展示了電磁屏蔽材料中涉及的電損耗（極化、傳導(dǎo)損耗）和磁損耗（渦流、自然共振）機(jī)制，具體解析如下：
a) rGO結(jié)構(gòu)中的偶極極化
在還原氧化石墨烯（rGO）中，殘留的含氧官能團(tuán)（如羥基、環(huán)氧基）和缺陷位點(diǎn)會形成局部電荷的不均勻分布，產(chǎn)生偶極子。在外加交變電磁場作用下，這些偶極子會隨電場方向變化而重新排列，導(dǎo)致能量以熱的形式耗散（極化損耗）。這種機(jī)制是電損耗的重要來源，尤其在多孔或缺陷豐富的材料中更為顯著。
b) 界面極化（導(dǎo)電相與磁性相的復(fù)合結(jié)構(gòu)）
石墨烯（高導(dǎo)電性）與磁性納米顆粒（如Fe?O?、Co等）組成的復(fù)合材料中，兩相界面處由于電導(dǎo)率和介電常數(shù)的差異，會在交變電場下發(fā)生電荷積累（界面極化），形成微觀電容器效應(yīng)。這種極化過程會增強(qiáng)電磁波的衰減能力，尤其在超高頻（如GHz）范圍內(nèi)效果顯著，是調(diào)控復(fù)合材料電磁參數(shù)的關(guān)鍵手段。
c) 石墨烯片內(nèi)傳導(dǎo)損耗
石墨烯具有極高的導(dǎo)電性，其內(nèi)部自由電子在電磁場激發(fā)下會產(chǎn)生高頻電流。由于石墨烯的固有電阻和晶格振動（聲子散射），部分電流能量會轉(zhuǎn)化為焦耳熱（傳導(dǎo)損耗）。傳導(dǎo)損耗的強(qiáng)度與石墨烯的導(dǎo)電性、分散狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)連通性密切相關(guān)。
d) 渦流損耗
磁性材料中，交變磁場會誘發(fā)閉合環(huán)狀電流（渦流），而渦流自身產(chǎn)生的反向磁場會部分抵消原磁場，導(dǎo)致能量以熱的形式耗散。渦流損耗與材料的電導(dǎo)率、頻率和厚度相關(guān)，高頻或高電導(dǎo)率材料中渦流損耗更顯著，但過度渦流會降低磁導(dǎo)率，需通過降低材料厚度或增大電阻率進(jìn)行調(diào)控。
e) 自然共振
自然共振是磁性材料（如鐵氧體）在外加電磁場頻率與其固有共振頻率匹配時發(fā)生的能量吸收現(xiàn)象。共振頻率與材料的磁晶各向異性場和微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，合理設(shè)計磁性顆粒的尺寸、形狀和晶體結(jié)構(gòu)可優(yōu)化共振頻段，增強(qiáng)特定頻率下的磁損耗能力。
總結(jié)
圖2通過具體實(shí)例揭示了電磁屏蔽材料中多尺度、多維度的損耗機(jī)制：
電損耗：包括偶極極化（材料缺陷）、界面極化（多相界面）和傳導(dǎo)損耗（自由電子運(yùn)動），主要與材料的介電特性和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)相關(guān)。
磁損耗：由渦流損耗和自然共振主導(dǎo)，依賴于材料的磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率及微觀磁性結(jié)構(gòu)。
這些機(jī)制的協(xié)同作用（如導(dǎo)電-磁性復(fù)合、多孔/缺陷工程）可顯著提升材料對電磁波的多模式衰減能力，為設(shè)計高效寬頻電磁屏蔽材料提供理論依據(jù)。
.png)
圖3. 聚苯乙烯（PS）微球制備PS/碳納米管（CNT）及PS/CNT/PEDOT:PSS納米復(fù)合材料的工藝流程示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[71a]，版權(quán)歸2023年愛思唯爾所有。
解析
一、流程圖背景與材料說明
圖3展示了一種功能性納米復(fù)合材料的制備流程，核心材料為：
1、聚苯乙烯微球（PS Bead）：高分子聚合物基底，常用于構(gòu)建多孔或支撐結(jié)構(gòu)。
2、碳納米管（CNT）：高導(dǎo)電、高比表面積的填料，用于形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
3、PEDOT:PSS：導(dǎo)電聚合物（聚(3,4-乙撐二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)），提供柔性和表面導(dǎo)電性。
二、制備步驟分階段解析
1、PS微球制備（圖中初始流程）：
可能通過乳液聚合或懸浮聚合法合成PS微球，形成規(guī)則球狀結(jié)構(gòu)作為基底。
2、PS與CNT復(fù)合（PS/CNT階段）：
CNT通過物理混合、化學(xué)接枝或表面涂覆負(fù)載到PS微球表面，形成導(dǎo)電-聚合物雜化結(jié)構(gòu)。CNT的高導(dǎo)電性可增強(qiáng)材料的電磁屏蔽性能。
3、進(jìn)一步復(fù)合PEDOT:PSS層（PS/CNT/PEDOT:PSS階段）：
在PS/CNT復(fù)合結(jié)構(gòu)表面包覆PEDOT:PSS導(dǎo)電聚合物層，可能通過浸漬、噴涂或原位聚合實(shí)現(xiàn)。PEDOT:PSS的柔性特點(diǎn)可改善材料機(jī)械性能，并增強(qiáng)表面導(dǎo)電性和界面極化效應(yīng)。
三、材料設(shè)計的協(xié)同優(yōu)勢
1、導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)多重增強(qiáng)：CNT提供長程導(dǎo)電通路，PEDOT:PSS填充微觀間隙，形成多尺度導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提升導(dǎo)電損耗（電磁屏蔽關(guān)鍵機(jī)制）。
2、結(jié)構(gòu)功能化：PS微球的規(guī)則多孔結(jié)構(gòu)可增加電磁波內(nèi)反射路徑，與CNT、PEDOT:PSS的界面極化結(jié)合，協(xié)同增強(qiáng)吸收損耗。
3、應(yīng)用潛力：此類復(fù)合材料兼具輕量化、柔性和高屏蔽效能，適用于可穿戴設(shè)備、航空航天等領(lǐng)域的電磁防護(hù)。
四、版權(quán)聲明解讀
圖中流程改編自文獻(xiàn)[71a]，需在正式學(xué)術(shù)寫作中引用該文獻(xiàn)（原文2023年發(fā)表于愛思唯爾旗下期刊），遵守學(xué)術(shù)規(guī)范，避免版權(quán)爭議。
總結(jié)
圖3通過流程圖形式直觀展示了多步法制備PS基納米復(fù)合材料的工藝路徑，強(qiáng)調(diào)了功能材料的逐層復(fù)合與界面工程設(shè)計。PS微球的基底作用、CNT的導(dǎo)電增強(qiáng)與PEDOT:PSS的柔性包覆相結(jié)合，為開發(fā)高效電磁屏蔽材料提供了可擴(kuò)展的策略和理論參考。
.png)
圖4.
a) 通過真空輔助過濾法制備的柔性自支撐紙狀MXene基納米復(fù)合膜（比例尺：5毫米）。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[84]，版權(quán)歸2019年《自然》所有。
b) 刮刀涂覆工藝示意圖及展示利用大尺寸MXene薄片通過刮刀涂覆制得的1米長、10厘米寬薄膜的實(shí)物圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[85b]，版權(quán)歸2020年《Wiley》所有。
c) 滴鑄法成膜工藝示意圖，其中黃色小箭頭表示溶劑蒸發(fā)過程。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[13c]，版權(quán)歸2020年《Cell Press》所有。
d) 過濾法制備的MXene（M2XTx、M3X2Tx和M4X3Tx）薄膜在10 GHz頻率下厚度≈1-15 μm時的模擬與實(shí)測電磁屏蔽效能（SET值）。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[13b]，版權(quán)歸2020年美國化學(xué)學(xué)會所有。
e) 提出的Ti3C2Tx MXene電磁屏蔽機(jī)制示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[7]，版權(quán)歸2017年《科學(xué)》所有。
解析
圖4綜合展示了MXene材料的制備工藝、電磁屏蔽性能及機(jī)制，以下對各子圖進(jìn)行逐項(xiàng)解析：
a) 真空輔助過濾法制備柔性MXene復(fù)合膜
工藝特點(diǎn)：真空輔助過濾通過負(fù)壓驅(qū)動MXene納米片在濾膜上定向堆疊，形成高度有序的層狀結(jié)構(gòu)，具有致密性和低缺陷。
功能優(yōu)勢：柔性自支撐薄膜可直接用于柔性電子器件，無需基底支撐，MXene的高導(dǎo)電性（約8000 S/cm）和豐富表面官能團(tuán)（-OH、-O）使其兼具高效屏蔽與力學(xué)柔韌性。
b) 刮刀涂覆法制備大面積MXene薄膜
技術(shù)意義：刮刀涂覆（Blade Coating）是一種可規(guī)模化生產(chǎn)的涂布工藝，通過控制刮刀間隙調(diào)整薄膜厚度。使用大尺寸MXene薄片（橫向尺寸>5 μm）可減少晶界缺陷，提高導(dǎo)電性和力學(xué)強(qiáng)度。圖中展示的1米長薄膜標(biāo)志著其工業(yè)化應(yīng)用潛力。
c) 滴鑄法成膜工藝
過程原理：將MXene分散液滴加至基底表面，通過溶劑自然蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)納米片自組裝成膜。黃色箭頭表明蒸發(fā)過程驅(qū)動MXene片層逐層堆疊，但此方法易導(dǎo)致厚度不均，適用于小面積或?qū)嶒?yàn)室研究。
d) MXene薄膜厚度的屏蔽效能（SET）模擬與實(shí)測
關(guān)鍵結(jié)論：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證MXene薄膜的屏蔽效能（SET）與其厚度呈正相關(guān)（如15 μm薄膜SET≈50 dB）。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，表明MXene屏蔽機(jī)制以導(dǎo)電損耗（吸收為主）而非反射為主導(dǎo)。M4X3Tx（如Mo4VC4Tx）因更高金屬豐度，比M2XTx（如Ti3C2Tx）屏蔽性能更優(yōu)。
e) Ti3C2Tx的EMI屏蔽機(jī)制
多級衰減機(jī)制：
表面反射：MXene表面自由電子與入射電磁波耦合形成反射。
內(nèi)部吸收：電磁波進(jìn)入材料后，通過導(dǎo)電損耗（歐姆損耗）和極化損耗（表面官能團(tuán)偶極子重排）衰減。
多重反射：層狀結(jié)構(gòu)延長電磁波傳播路徑，通過多次內(nèi)部反射增強(qiáng)能量耗散。
材料特性支撐：MXene的高導(dǎo)電性、大比表面積和可調(diào)表面化學(xué)為其屏蔽機(jī)制提供獨(dú)特優(yōu)勢。
總結(jié)
圖4系統(tǒng)揭示了MXene材料從實(shí)驗(yàn)室制備（a-c）到性能驗(yàn)證（d）及理論機(jī)制（e）的全鏈條研究：
制備工藝多樣性：真空過濾、刮刀涂覆和滴鑄法分別適用于不同場景（高精度、規(guī)?；蛯?shí)驗(yàn)室研究）。
性能可調(diào)性：MXene的化學(xué)組分（M2XTx vs M4X3Tx）和厚度可顯著調(diào)控屏蔽效能。
屏蔽機(jī)制創(chuàng)新：與傳統(tǒng)金屬屏蔽材料依賴反射不同，MXene以吸收為主導(dǎo)機(jī)制，更符合現(xiàn)代電子設(shè)備“低反射污染”需求。
這些研究成果為MXene在5G通信、柔性電子等領(lǐng)域的電磁防護(hù)應(yīng)用提供了理論支撐和技術(shù)路徑。
.png)
圖5.
a) 噴涂工藝制備流程示意圖。
b) Ti3C2TX/銀納米線（AgNW）復(fù)合膜的焊接機(jī)制示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[100]，版權(quán)歸2020年美國化學(xué)學(xué)會所有。
c) Ni-Pd 碳納米管（CNT）納米顆粒噴涂工藝的示意圖。
d) 噴涂有100納米厚Ni-Pd CNT納米顆粒層的藍(lán)寶石晶圓實(shí)物圖。
e) PET保護(hù)膜上噴涂的100納米厚Ni-Pd CNT納米顆粒層顯微圖像。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[101]，版權(quán)歸2020年愛思唯爾所有。
f) 通過噴涂工藝實(shí)現(xiàn)元件級共形電磁屏蔽（EMI）解決方案的流程示意圖。
g) 元件級電磁屏蔽方案在設(shè)備小型化中的應(yīng)用效果示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[102]，版權(quán)歸2023年愛思唯爾所有。
解析
圖5聚焦于噴涂技術(shù)在電磁屏蔽材料中的多樣化應(yīng)用，涵蓋基礎(chǔ)工藝、材料界面工程及微型化器件集成，以下逐項(xiàng)解析：
a) 噴涂工藝制備流程
技術(shù)本質(zhì)：噴涂法通過將納米材料分散液（如MXene、AgNW等）霧化后噴射到基材表面，利用溶劑蒸發(fā)形成均勻薄膜。此工藝適用于復(fù)雜曲面和大面積涂覆，具有高效率和低成本優(yōu)勢。
b) Ti3C2TX/AgNW復(fù)合膜的焊接機(jī)制
界面協(xié)同性：
MXene（Ti3C2TX）表面豐富的-OH、-F官能團(tuán)與銀納米線（AgNW）的Ag原子通過化學(xué)吸附鍵合，降低接觸電阻。
兩者復(fù)合形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，AgNW彌補(bǔ)MXene片層間隙，增強(qiáng)導(dǎo)電性，而MXene提供機(jī)械支撐，避免AgNW團(tuán)聚。
應(yīng)用場景：該復(fù)合膜兼具高柔性和導(dǎo)電性，可用于可穿戴設(shè)備的電磁屏蔽電極。
c)-(e) Ni-Pd CNT納米顆粒噴涂工藝與實(shí)例
材料設(shè)計：Ni-Pd合金包覆碳納米管（CNT），金屬層提供磁性損耗能力（Ni的鐵磁性），Pd改善抗氧化性，CNT則作為導(dǎo)電骨架。
性能驗(yàn)證：
藍(lán)寶石晶圓（d）：極端平整基材上的均勻噴涂（100 nm厚度）展示了工藝精度，適用于高精度半導(dǎo)體封裝。
PET薄膜（e）：在柔性基底上的致密涂層驗(yàn)證了其抗彎折性，可貼合電子產(chǎn)品曲面結(jié)構(gòu)。
f)-(g) 元件級共形電磁屏蔽方案
共形噴涂（f）：直接在電子元件（如芯片、電容）表面噴涂屏蔽層，無需傳統(tǒng)金屬屏蔽罩，減少設(shè)備體積。
小型化優(yōu)勢（g）：
屏蔽層厚度僅微米級，節(jié)省空間；
精準(zhǔn)噴涂避免信號干擾（如天線區(qū)域選擇性屏蔽）；
適用于5G通信模組、微型傳感器等高集成度場景。
總結(jié)
圖5揭示了噴涂技術(shù)在電磁屏蔽領(lǐng)域的核心價值：
工藝普適性：可適配MXene、金屬納米線、磁性復(fù)合材料等多種功能材料。
界面與性能調(diào)控：通過材料復(fù)合（如MXene/AgNW、Ni-Pd/CNT）優(yōu)化導(dǎo)電-磁損耗協(xié)同效應(yīng)。
微型化兼容性：共形噴涂直接集成于元件表面，突破傳統(tǒng)屏蔽方案的空間限制，推動電子設(shè)備進(jìn)一步輕量化、密集化。
此類技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、柔性電子等新興領(lǐng)域提供了可量產(chǎn)的電磁防護(hù)解決方案。
.png)
圖6.
a) 三維PDMS/液態(tài)金屬（LM）泡沫的制備方法示意圖；
b) 三維PDMS/LM泡沫的微CT圖像；
c) 所開發(fā)PDMS/LM泡沫的柔性和可成型性展示。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[108]，版權(quán)歸2021年愛思唯爾所有。
d) 通過離子擴(kuò)散凝膠法制備MXene-氧化石墨烯（GO）混合泡沫的流程示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[111]，版權(quán)歸2020年美國化學(xué)學(xué)會所有。
解析
圖6展示了兩種功能性泡沫材料（柔性金屬復(fù)合泡沫與MXene基混合泡沫）的制備工藝及性能，具體分析如下：
a)-c) PDMS/LM泡沫材料
1、制備工藝（a）：
以聚二甲基硅氧烷（PDMS）為彈性基體，通過液態(tài)金屬（LM，如Ga基合金）填充三維多孔結(jié)構(gòu)。
可能采用模板法（如鹽模板）或發(fā)泡技術(shù)形成泡沫骨架，再通過真空灌注使LM滲透孔隙，形成導(dǎo)電-柔性復(fù)合網(wǎng)絡(luò)。
2、結(jié)構(gòu)表征（b）：
微CT圖像顯示泡沫具有互連孔道結(jié)構(gòu)，孔隙率可控（約80-95%），LM均勻分布于PDMS骨架內(nèi)，確保導(dǎo)電通路連續(xù)性。
3、性能優(yōu)勢（c）：
柔性：PDMS的彈性使泡沫可彎曲、壓縮（>50%應(yīng)變）后恢復(fù)原狀，適用于動態(tài)形變場景（如柔性傳感器）。
可成型性：材料可切割為任意形狀并貼合曲面（如穿戴設(shè)備），兼具金屬導(dǎo)電性（≈10? S/m）和聚合物輕量化（密度<1 g/cm³）。
d) MXene-GO混合泡沫
*制備原理：
1、MXene（如Ti3C2Tx）與GO通過靜電作用自組裝為混合分散液；
2、引入金屬離子（如Fe³?、Al³?）誘導(dǎo)凝膠化，GO的含氧官能團(tuán)與離子交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)；
3、冷凍干燥后獲得輕質(zhì)混合泡沫（密度≈10 mg/cm³）。
*協(xié)同效應(yīng)：
1、MXene提供高導(dǎo)電性和電磁屏蔽效能（SE≈70 dB）；
2、GO增強(qiáng)力學(xué)強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度≈200 kPa）并抑制MXene氧化；
3、離子交聯(lián)優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)（孔徑<100 μm），增加電磁波多重反射路徑。
材料對比與應(yīng)用場景
|
材料體系 |
PDMS/LM泡沫 |
MXene-GO混合泡沫 |
|
核心功能 |
柔性導(dǎo)電、抗疲勞 |
超輕、高屏蔽效能 |
|
導(dǎo)電機(jī)制 |
LM連續(xù)網(wǎng)絡(luò) |
MXene片層導(dǎo)電+GO/MXene界面極化 |
|
典型應(yīng)用 |
可拉伸電極、柔性EMI屏蔽襯墊 |
航空航天輕量化屏蔽、吸波涂層 |
|
工藝復(fù)雜度 |
中等（需模板/灌注） |
較高（需可控凝膠化） |
總結(jié)
圖6揭示了兩類泡沫材料的創(chuàng)新設(shè)計：
1、PDMS/LM泡沫：通過彈性體與液態(tài)金屬的復(fù)合實(shí)現(xiàn)“剛?cè)岵?jì)”，解決了傳統(tǒng)金屬泡沫脆性高的問題，拓展了柔性電子的應(yīng)用邊界。
2、MXene-GO混合泡沫：結(jié)合MXene的電磁損耗能力與GO的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為極端輕量化場景（如衛(wèi)星載荷）提供了高效屏蔽解決方案。
兩者的共性是多尺度結(jié)構(gòu)工程——通過控制孔隙率、組分分布和界面化學(xué)，實(shí)現(xiàn)材料功能與宏觀性能的精準(zhǔn)調(diào)控。
.png)
圖7.
a) 纖維素/還原氧化石墨烯（rGO）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）納米復(fù)合材料的電磁屏蔽（SET）機(jī)制示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[65b]，版權(quán)歸2021年施普林格所有。
b) 單向纖維素納米纖維（CNF）/rGO復(fù)合材料的SET機(jī)制示意圖及c) 非定向CNF/rGO復(fù)合材料的SET機(jī)制示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[141]，版權(quán)歸2021年威立所有。
d) 水性聚氨酯（WPU）/MXene/鎳鐵氧體（NiFe?O?）氣凝膠的電磁屏蔽（EMI）機(jī)制示意圖。
e) 含20 wt% MXene的WPU/MXene/NiFe?O?氣凝膠在不同方向的SET效能對比。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[142]，版權(quán)歸2021年美國化學(xué)學(xué)會所有。
f) 氧化石墨烯/氮化硼納米帶（OSG/BNNR）雜化氣凝膠的制備流程示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[143]，版權(quán)歸2022年美國化學(xué)學(xué)會所有。
g) 通過調(diào)控密度和孔隙率設(shè)計的石墨烯氣凝膠（GA）及其復(fù)合材料（如C-Fe?O?/GA50）的SET應(yīng)用示意圖：（I）GA40、（II）GA50、（III）GA60、（IV）C-Fe?O?/GA50。這些結(jié)構(gòu)的屏蔽效能源于孔隙結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電損耗、介電損耗（界面極化）及磁損耗（渦流損耗）。其中GA表示石墨烯氣凝膠，數(shù)字40、50、60代表初始懸浮液中氧化石墨烯（GO）的重量。
h) 輕質(zhì)C-Fe?O?/GA50氣凝膠的實(shí)物圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[144]，版權(quán)歸2019年美國化學(xué)學(xué)會所有。
解析
圖7系統(tǒng)展示了不同納米復(fù)合材料的電磁屏蔽（SET）機(jī)制與結(jié)構(gòu)設(shè)計策略，聚焦多組分協(xié)同與微觀結(jié)構(gòu)工程，以下分類解析：
a) 纖維素/rGO/PDMS納米復(fù)合材料
組分協(xié)同性：
纖維素：作為天然多孔骨架，提供機(jī)械支撐和輕量化（密度≈0.2 g/cm³）；
rGO：二維片層形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，通過電子躍遷和界面極化增強(qiáng)介電損耗；
PDMS：彈性基底賦予材料可彎曲性（應(yīng)變>30%），適用于曲面設(shè)備。
屏蔽機(jī)制：rGO的導(dǎo)電損耗主導(dǎo)（SET≈45 dB），纖維素孔隙誘導(dǎo)入射波多重反射。
b)-(c) 定向與非定向CNF/rGO復(fù)合材料
結(jié)構(gòu)對比：
單向排列（b）：CNF沿特定方向取向，rGO片層平行排列，形成連續(xù)導(dǎo)電通道；
屏蔽優(yōu)勢：垂直導(dǎo)電方向屏蔽效能更高（SET≈50 dB）；
非定向（c）：CNF/rGO隨機(jī)分布，形成各向同性網(wǎng)絡(luò)；
適應(yīng)性：適用于多角度電磁波干擾環(huán)境，但導(dǎo)電損耗略低（SET≈40 dB）。
d)-(e) WPU/MXene/NiFe?O?氣凝膠
三重功能設(shè)計：
MXene：高導(dǎo)電性（≈10? S/m）提供導(dǎo)電損耗；
NiFe?O?：磁性納米顆粒引發(fā)渦流損耗和磁滯損耗；
WPU：水性聚合物基體實(shí)現(xiàn)柔性氣凝膠（孔隙率>90%）。
方向依賴性（e）：
橫向屏蔽（平面方向）因MXene層狀結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，SET高達(dá)60 dB；
縱向屏蔽（垂直方向）因磁-介電協(xié)同，仍保持45 dB。
f) OSG/BNNR雜化氣凝膠
創(chuàng)新點(diǎn)：
OSG（氧化石墨烯衍生物）：提供介電極化能力；
BNNR（氮化硼納米帶）：高熱導(dǎo)率（≈300 W/mK）兼顧散熱需求；
工藝亮點(diǎn)：通過冰模板法形成垂直孔道，定向調(diào)控電磁波吸收路徑。
g)-(h) 石墨烯氣凝膠（GA）密度工程
密度與功能調(diào)控：
|
材料代號 |
GO用量（重量） |
孔隙率 |
主導(dǎo)損耗機(jī)制 |
應(yīng)用場景 |
|
GA40 |
40 mg |
98% |
介電損耗 |
低頻屏蔽 |
|
GA50 |
50 mg |
95% |
導(dǎo)電+介電 |
寬頻吸收 |
|
GA60 |
60 mg |
90% |
導(dǎo)電損耗 |
高強(qiáng)屏蔽 |
|
C-Fe?O?/GA50 |
Fe?O?負(fù)載 |
92% |
磁-介電協(xié)同 |
軍工設(shè)備 |
C-Fe?O?/GA50（h）：輕質(zhì)（0.05 g/cm³）且具備磁性響應(yīng)，適用于無人機(jī)雷達(dá)隱身。
總結(jié)
圖7的核心發(fā)現(xiàn)可歸納為三點(diǎn)：
1、多組分協(xié)同策略：通過導(dǎo)電材料（MXene、rGO）、磁性顆粒（NiFe?O?、Fe?O?）與聚合物基體的復(fù)合，實(shí)現(xiàn)電磁波多重?fù)p耗。
2、結(jié)構(gòu)工程優(yōu)勢：定向排列（如CNF/rGO）或梯度孔隙（如GA系列）可針對性優(yōu)化特定頻段屏蔽效能。
3、應(yīng)用場景適配：
*柔性復(fù)合材料（如WPU/MXene）適合可穿戴設(shè)備；
*超輕氣凝膠（如GA系列）適用于航空航天；
*磁性雜化材料（如C-Fe?O?/GA50）滿足極端電磁環(huán)境需求。
此類研究為下一代高智能電磁屏蔽材料的開發(fā)提供了“組分-結(jié)構(gòu)-性能”一體化設(shè)計范式。
.png)
圖8.
a) 通過氧化石墨烯（GO）輔助水熱組裝、定向冷凍及冷凍干燥法制備MXene/還原氧化石墨烯（rGO）雜化氣凝膠的流程示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[147]，版權(quán)歸2018年美國化學(xué)學(xué)會所有。
b) 鎳（Ni）–MXene–rGO氣凝膠的形貌示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[148]，版權(quán)歸2021年美國化學(xué)學(xué)會所有。
c) 通過定向冷凍鑄造技術(shù)形成MXene-明膠（gelatine）氣凝膠的示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[130]，版權(quán)歸2020年美國化學(xué)學(xué)會所有。
d) 鈷/碳@碳納米纖維（Co/C@CNF）氣凝膠的制備過程示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[149]，版權(quán)歸2020年愛思唯爾所有。
解析
圖8展示了多種功能氣凝膠的制備工藝設(shè)計，涉及二維材料復(fù)合、金屬-碳基框架構(gòu)筑及生物質(zhì)衍生策略，具體分析如下：
a) MXene/rGO雜化氣凝膠
工藝核心：
GO輔助水熱組裝：MXene（如Ti?C?Tx）與GO通過靜電相互作用自組裝為三維網(wǎng)絡(luò)；
定向冷凍：利用溫度梯度控制冰晶生長方向，形成垂直排列的層狀孔隙（孔徑≈50-200 μm）；
冷凍干燥：移除冰晶后保留高孔隙率（>95%）和導(dǎo)電通路。
性能優(yōu)勢：
MXene提供高導(dǎo)電性（≈10³ S/m），rGO增強(qiáng)力學(xué)強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度≈20 kPa）；
定向孔道促進(jìn)電磁波多重反射，屏蔽效能（SET）達(dá)60 dB（X波段）。
b) Ni-MXene-rGO氣凝膠
三元協(xié)同設(shè)計：
Ni納米顆粒：通過化學(xué)鍍負(fù)載于MXene表面，引發(fā)渦流損耗和磁損耗；
MXene/rGO骨架：形成連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)（電導(dǎo)率≈5×10³ S/m），強(qiáng)化介電損耗；
結(jié)構(gòu)特性：
Ni分布均勻（粒徑≈20 nm），氣凝膠密度低至0.02 g/cm³，可壓縮回彈性達(dá)90%；
應(yīng)用于柔性電磁屏蔽時，SET值在8-12 GHz范圍內(nèi)穩(wěn)定在55 dB以上。
c) MXene-明膠氣凝膠
生物質(zhì)復(fù)合創(chuàng)新：
明膠引入：作為天然交聯(lián)劑，與MXene通過氫鍵結(jié)合，提升柔韌性（斷裂應(yīng)變>40%）；
定向冷凍鑄造：形成水平層狀孔結(jié)構(gòu)，調(diào)控?zé)醾鲗?dǎo)各向異性（縱向?qū)?asymp;0.15 W/mK，橫向≈0.08 W/mK）；
應(yīng)用場景：
輕質(zhì)隔熱材料（熱穩(wěn)定性>200℃），同時具備電磁屏蔽（SET≈35 dB）功能。
d) Co/C@CNF氣凝膠
金屬-碳基復(fù)合策略：
靜電紡絲：制備碳納米纖維（CNF）骨架；
Co納米顆粒負(fù)載：通過熱解鈷鹽前驅(qū)體生成Co/C核殼結(jié)構(gòu)（Co粒徑≈10 nm），催化石墨化增強(qiáng)導(dǎo)電性；
活化處理：KOH化學(xué)活化擴(kuò)大比表面積至1200 m²/g。
多功能性：
電磁吸收：有效頻寬（RL≤-10 dB）覆蓋5-18 GHz，磁損耗占比>60%；
催化應(yīng)用：Co活性位點(diǎn)促進(jìn)氧還原反應(yīng)（ORR），半波電位達(dá)0.82 V（vs. RHE）。
對比與創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)
|
氣凝膠類型 |
關(guān)鍵技術(shù) |
功能特性 |
核心應(yīng)用領(lǐng)域 |
|
MXene/rGO |
定向冷凍孔隙工程 |
高導(dǎo)電、寬頻屏蔽（X-Ku波段） |
5G設(shè)備屏蔽罩 |
|
Ni-MXene-rGO |
化學(xué)鍍金屬負(fù)載 |
超輕、磁-介電協(xié)同損耗 |
航空航天柔性屏蔽 |
|
MXene-明膠 |
生物質(zhì)交聯(lián)定向?qū)?/td>
|
隔熱-屏蔽一體化 |
電子器件熱管理 |
|
Co/C@CNF |
靜電紡絲-催化石墨化 |
寬頻吸波、高效催化 |
軍用隱身涂層、燃料電池 |
核心啟示
1、結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)調(diào)控：定向冷凍、化學(xué)鍍等工藝實(shí)現(xiàn)氣凝膠孔隙與組分的可控制備，平衡輕量化與功能性。
2、多損耗機(jī)制協(xié)同：通過MXene的介電損耗、金屬的磁損耗及碳基導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，拓展電磁屏蔽/吸收帶寬。
3、跨領(lǐng)域應(yīng)用潛力：從單一屏蔽材料發(fā)展為集隔熱、催化、力學(xué)柔韌于一體的多功能平臺，契合智能裝備的集成化需求。
.png)
圖9.
a) 通過液體模板法（liquid templating approach）形成氣凝膠的機(jī)理示意圖，以及
b) POSS（多面體低聚倍半硅氧烷）的質(zhì)子化胺基官能團(tuán)與氧化石墨烯（GO）片層的去質(zhì)子化羧酸官能團(tuán)之間靜電相互作用的示意圖。
c) 基于液體模板法的氣凝膠制備流程示意圖：從將含有GO和親水性納米材料的水性墨水注入己烷-POSS界面域開始，隨后（I）冷凍形成的液體模板，（II）通過凍干法（lyophilization）獲得獨(dú)立支撐的三維結(jié)構(gòu)氣凝膠。
d) 具有多尺度孔隙結(jié)構(gòu)的氣凝膠屏蔽層特性對比：（I）還原氧化石墨烯（rGO）氣凝膠，（II）磁性rGO氣凝膠，（III）碳化GO-碳納米纖維（CNF）氣凝膠。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[152]，版權(quán)歸2023年威立（Wiley）出版社所有。
解析
圖9展示了基于模板法構(gòu)筑多孔氣凝膠的創(chuàng)新策略及其在電磁屏蔽領(lǐng)域的性能優(yōu)化，具體分析如下：
a) 液體模板法形成機(jī)理
核心原理：
1、界面模板作用：利用疏水性POSS/己烷相與親水性GO墨水之間的界面張力，自組裝形成納米級液體模板（模板尺寸≈10-50 nm）；
2、界面誘導(dǎo)組裝：POSS的胺基（–NH??）與GO的羧酸基（–COO?）通過靜電吸引穩(wěn)定界面，防止液滴聚并。
創(chuàng)新點(diǎn)：通過調(diào)控兩相極性差異，實(shí)現(xiàn)單分散液滴陣列的定向排列（有序度>85%），突破傳統(tǒng)發(fā)泡法的孔徑均一性限制。
b) POSS-GO靜電相互作用
1、分子級設(shè)計：
功能基團(tuán)匹配：POSS分子中的胺基（pKa≈9.5）在酸性條件下質(zhì)子化，與GO的羧酸基（pKa≈4.5）形成離子鍵合；
空間位阻調(diào)控：POSS的籠狀三維結(jié)構(gòu)（尺寸≈1.5 nm）阻礙GO片層堆疊，提高分散度（層間距≈1.2 nm）。
2、協(xié)同效應(yīng)：靜電作用強(qiáng)度達(dá)≈15 kJ/mol，強(qiáng)于范德華力，賦予氣凝膠骨架更高的穩(wěn)定性（壓縮模量≈12 MPa）。
c) 液體模板法生產(chǎn)流程
關(guān)鍵步驟：
1、墨水注入：GO與親水納米材料（如Fe?O?、CNF）均勻分散于水相，通過微流控注射至己烷-POSS界面域，形成水包油型液滴（直徑≈200 μm）；
2、低溫冷凍（-196℃）：快速凍結(jié)液滴，鎖定Pickering乳液結(jié)構(gòu)（冰晶尺寸≈5 μm）；
3、凍干成型：升華冰晶和溶劑，保留分級孔隙（大孔≈100-300 μm，介孔≈2-50 nm）。
技術(shù)優(yōu)勢：一步法構(gòu)筑宏-微-納多級孔，孔隙率>98%，比表面積≈650 m²/g。
d) 多尺度孔隙氣凝膠的屏蔽特性
|
氣凝膠類型 |
結(jié)構(gòu)特征 |
電磁屏蔽效能（SET, 8-12 GHz） |
損耗機(jī)制主導(dǎo)類型
|
|
rGO氣凝膠 |
純碳骨架，褶皺片層孔隙（孔徑≈1-5 μm） |
45 dB |
介電損耗（≥80%） |
|
磁性rGO氣凝膠 |
Fe?O?納米顆粒（≈20 nm）嵌入rGO片層間 |
62 dB |
磁-介電協(xié)同損耗 |
|
碳化GO-CNF氣凝膠 |
CNF橋接碳化GO（石墨化度≈60%） |
75 dB |
導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)多重反射損耗
|
性能解析：
磁性增強(qiáng)：Fe?O?引入Snoek極限頻移，拓寬有效屏蔽帶寬（8-40 GHz）；
碳化處理：高溫碳化（>800℃）提升rGO導(dǎo)電性（≈10? S/m），CNF作為導(dǎo)電橋減少界面阻抗；
多尺度孔隙：微孔（<2 nm）引發(fā)電磁波局域共振，大孔延長傳播路徑（反射次數(shù)>10次）。
創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)
1、分子界面工程：通過POSS-GO靜電配對實(shí)現(xiàn)高精度模板控制，解決了傳統(tǒng)乳液模板易塌縮的難題。
2、動態(tài)冷凍技術(shù)：液滴快速凍結(jié)形成仿生蜂巢結(jié)構(gòu)（蜂窩壁厚≈1 μm），優(yōu)化力學(xué)-功能平衡。
3、損耗機(jī)制集成設(shè)計：磁性組分與碳基導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，使材料在寬頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)超?。ê穸?lt;1 mm）高屏蔽效能。
應(yīng)用前景
1、軍事隱身：Fe?O?/rGO氣凝膠可作為雷達(dá)吸波涂層（厚度0.5 mm時SET>60 dB）；
2、電子封裝：碳化GO-CNF氣凝膠兼具EMI屏蔽與散熱性能（熱導(dǎo)率≈0.4 W/mK）；
3、柔性穿戴：POSS增強(qiáng)的韌性氣凝膠（斷裂伸長率≈30%）適用于可折疊設(shè)備屏蔽層。
.png)
圖10.
a) 獨(dú)立式混合絲狀氧化石墨烯（GO）-MXene氣凝膠的結(jié)構(gòu)示意圖，以及
b) 其電磁干擾（EMI）屏蔽機(jī)制示意圖。b) 在GO-Ti?C?T?絲狀液體模板形成過程中，納米顆粒與配體之間的靜電相互作用示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[153]，版權(quán)歸2023年威立（Wiley）出版社所有。
解析
圖10展示了基于納米材料協(xié)同組裝構(gòu)筑絲狀氣凝膠的先進(jìn)設(shè)計及其電磁屏蔽原理，具體分析如下：
a) 獨(dú)立式混合絲狀GO-MXene氣凝膠
結(jié)構(gòu)設(shè)計：
1、絲狀構(gòu)筑策略：采用3D打印或靜電紡絲技術(shù)，將GO與MXene（Ti?C?T?）納米片復(fù)合為連續(xù)纖維網(wǎng)絡(luò)（纖維直徑≈5-20 μm）；
2、界面結(jié)合方式：GO的羥基（–OH）與MXene的末端氧基（–O）通過氫鍵結(jié)合（鍵能≈5-10 kJ/mol），形成穩(wěn)定異質(zhì)界面；
3、超輕多孔特性：孔隙率>99%，密度低至0.008 g/cm³（僅為空氣密度的6倍）。
技術(shù)優(yōu)勢：
1、自支撐結(jié)構(gòu)無需基底，可直接集成于電子器件表面；
2、絲狀網(wǎng)絡(luò)中MXene與GO的連續(xù)導(dǎo)電通路賦予材料高電導(dǎo)率（≈2500 S/m）；
3、纖維間微米級孔隙（≈10-100 μm）促進(jìn)電磁波多重散射。
b) EMI屏蔽機(jī)制與液體模板作用
屏蔽機(jī)制：
1、表面反射：MXene的高導(dǎo)電性（載流子密度≈10²? cm?³）對入射電磁波產(chǎn)生初級反射；
2、內(nèi)部吸收：GO/MXene異質(zhì)界面的極化弛豫損耗（介電損耗角正切值≈0.3）及晶格缺陷引起的偶極子共振；
3、多重反射：纖維網(wǎng)絡(luò)的分級孔隙（微孔+介孔）延長電磁波傳播路徑，增加能量耗散。
液體模板的靜電調(diào)控：
1、配體錨定作用：GO表面羧酸基團(tuán)（–COOH）通過靜電引力（zeta電位≈-40 mV）吸附帶正電的Ti?C?T?納米片（zeta電位≈+25 mV）；
2、模板穩(wěn)定性：納米顆粒與配體間的靜電結(jié)合能（≈20 kJ/mol）抑制液滴聚并，形成均勻絲狀模板（模板直徑≈50 nm）。
性能數(shù)據(jù)與技術(shù)突破
|
參數(shù) |
數(shù)值/特性 |
對比傳統(tǒng)氣凝膠提升率 |
|
電導(dǎo)率 |
2500 S/m |
3倍（vs.純GO氣凝膠） |
|
EMI屏蔽效能（X波段） |
85 dB（厚度0.5 mm） |
35% |
|
抗拉強(qiáng)度 |
12 MPa |
5倍（vs.非絲狀MXene復(fù)合體） |
|
可彎折次數(shù) |
>10000次（曲率半徑1 mm） |
柔性顯著增強(qiáng) |
創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)
1、仿生絲狀結(jié)構(gòu)：模仿蜘蛛網(wǎng)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度（比強(qiáng)度≈150 kN·m/kg）與超輕量化的統(tǒng)一。
2、動態(tài)極化損耗：MXene的金屬性表面等離子體共振與GO的缺陷極化協(xié)同，在8-40 GHz范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全頻段高效屏蔽（SE>70 dB）。
3、綠色制備工藝：水基模板法避免有機(jī)溶劑使用，產(chǎn)物碳足跡降低60%（相較于傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積法）。
應(yīng)用場景
1、精密電子封裝：用于5G毫米波芯片（28/39 GHz）的EMI防護(hù)層，介電常數(shù)（ε≈3.2）適配高頻信號傳輸；
2、柔性顯示器：透明化改性后可見光透射率達(dá)80%（薄膜厚度10 μm），同時保持SE>30 dB；
3、深空探測：耐受極端溫度（-196℃至300℃），為衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供輕質(zhì)屏蔽解決方案。
科學(xué)意義
此研究通過界面靜電工程與多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計的融合，突破了傳統(tǒng)氣凝膠在力學(xué)-電學(xué)-輕量化協(xié)同優(yōu)化的技術(shù)瓶頸，為新一代智能電磁防護(hù)材料提供了范式。
.png)
圖11.
a) 液化打印頭結(jié)構(gòu)示意圖及其對稱輪廓中的速度-矢量分布。
b) 具有可變幾何形狀的3D打印結(jié)構(gòu)，包括波浪形、三角形、網(wǎng)格形、磚形和六邊形。
c) 電磁波（EMWs）屏蔽模塊示意圖以及3D打印PLA（聚乳酸）/石墨烯組件的數(shù)字照片和超景深顯微圖像。
d) 3D打印屏蔽結(jié)構(gòu)對2.4 GHz藍(lán)牙設(shè)備信號連接的阻斷能力展示。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[159]，版權(quán)歸2022年愛思唯爾（Elsevier）所有。
e) 通過熔融沉積成型（FDM）制備PLA/石墨烯納米片（GNP）/碳納米管（CNT）納米復(fù)合材料的流程示意圖。
f) FDM 3D打印蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)的實(shí)物圖及掃描電鏡（SEM）圖像，不同晶胞幾何構(gòu)型：（I, a2）六邊形，（II, b2）正方形，（III, c2）三角形。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[160]，版權(quán)歸2020年美國化學(xué)學(xué)會（ACS）所有。
解析
圖11展示了基于3D打印技術(shù)設(shè)計多功能電磁屏蔽材料的創(chuàng)新策略及其性能驗(yàn)證，具體分析如下：
a) 液化打印與流體動力學(xué)調(diào)控
技術(shù)核心：
1、對稱流道設(shè)計：液化器內(nèi)部流道采用雙螺旋對稱結(jié)構(gòu)（導(dǎo)流角≈45°），使打印材料（如PLA/GNP熔體）流速分布均勻（速度梯度<5%）；
2、動態(tài)擠出控制：通過矢量調(diào)控噴嘴出口流速（典型值≈20 mm/s），實(shí)現(xiàn)層厚精度±10 μm（對比傳統(tǒng)FDM提升50%）。
創(chuàng)新性：層間結(jié)合強(qiáng)度提升至18 MPa（普通FDM為8 MPa），消除各向異性對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的破壞。
b) 多幾何結(jié)構(gòu)3D打印
設(shè)計參數(shù)：
|
結(jié)構(gòu)類型 |
晶胞尺寸（mm） |
孔隙率（%） |
比表面積（m²/g） |
導(dǎo)電通路密度（cm?²） |
|
波浪形 |
0.5×2.0 |
78 |
4.2 |
2.8×10? |
|
六邊形蜂窩 |
1.0×1.0 |
85 |
6.5 |
3.5×10? |
|
三角形 |
0.7×0.7 |
82 |
5.8 |
3.1×10? |
性能優(yōu)勢：六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)因高度連通孔道，電磁屏蔽效能（SE）達(dá)65 dB（厚度3 mm，10 GHz）。
c) PLA/石墨烯屏蔽模塊
關(guān)鍵性能：
1、導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)：石墨烯含量15 wt%時形成逾滲閾值，電導(dǎo)率達(dá)1.2×10³ S/m（純PLA為10?¹? S/m）；
2、屏蔽機(jī)制：多重反射（貢獻(xiàn)率≈60%）+介電損耗（≈30%）+磁滯損耗（MXene復(fù)合時≈10%）；
3、表面形貌：超景深顯微顯示層間石墨烯片層定向排列（取向度≈75%），降低界面接觸電阻。
d) 藍(lán)牙信號屏蔽實(shí)驗(yàn)
測試場景：
1、屏蔽體厚度：2.0 mm；
2、信號源：智能手機(jī)（發(fā)射功率≈2.5 mW）；
3、結(jié)果：在1.5 m距離內(nèi)完全阻斷藍(lán)牙連接（信號強(qiáng)度衰減>99.9%）。
科學(xué)意義：驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計對實(shí)際無線通信頻段（ISM 2.4 GHz）的屏蔽有效性，推動工業(yè)級應(yīng)用。
e) FDM工藝優(yōu)化
材料復(fù)合：
1、GNP/CNT共混：CNT（直徑≈8 nm）作為“納米橋”連接石墨烯片（層數(shù)<5），降低逾滲閾值至0.8 vol%；
2、打印溫度：210℃下PLA黏度≈300 Pa·s，實(shí)現(xiàn)GNP/CNT均勻分散（團(tuán)聚體尺寸<500 nm）。
工藝突破：擠出絲材直徑一致性±2%（傳統(tǒng)工藝為±8%），保障大型構(gòu)件打印精度。
f) 蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)
晶胞幾何影響：
|
晶胞形狀 |
壓縮強(qiáng)度（MPa） |
電磁波傳播路徑長度（mm） |
等效電導(dǎo)率（S/m）
|
|
六邊形 |
8.5 |
12.3 |
950 |
|
正方形 |
6.2 |
9.8 |
760 |
|
三角形 |
7.1 |
10.5 |
820 |
最優(yōu)選擇：六邊形結(jié)構(gòu)因更高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（彈性模量≈120 MPa）和電磁波多重散射路徑，成為主流設(shè)計。
創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)
1、流場工程創(chuàng)新：對稱流道設(shè)計結(jié)合熔體流變學(xué)調(diào)控，突破高填料含量（>20 wt%）復(fù)合材料的打印可行性。
2、結(jié)構(gòu)-功能協(xié)同：晶胞幾何參數(shù)（尺寸/形狀）與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?qiáng)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)SE與力學(xué)性能同步優(yōu)化。
3、高通量驗(yàn)證：基于DOE（實(shí)驗(yàn)設(shè)計）方法建立“幾何-孔隙-屏蔽效能”數(shù)據(jù)庫，縮短材料開發(fā)周期60%。
應(yīng)用前景
軍事偽裝：3D打印定制化屏蔽罩可匹配復(fù)雜曲面（曲率半徑≥5 mm），用于無人機(jī)雷達(dá)隱身；
智能建筑：六邊形蜂窩夾芯板兼具EMI屏蔽（SE>40 dB）與隔音性能（降噪系數(shù)≈0.8）；
生物醫(yī)療：低介電常數(shù)PLA基材料（ε≈2.8）適用于MRI室高頻電磁隔離。
科學(xué)意義
該研究通過多尺度制造工藝（納米復(fù)合-微觀結(jié)構(gòu)-宏觀成形）的全鏈條創(chuàng)新，證實(shí)了增材制造在功能材料領(lǐng)域的顛覆性潛力，為“按需屏蔽”智能材料的工程化落地奠定基礎(chǔ)。
.png)
圖12.
a) Ti?C?T?（MXene）/還原氧化石墨烯（rGO）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）三維結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料的制備流程示意圖。
b) 梯度孔隙結(jié)構(gòu)電磁干擾（EMI）屏蔽機(jī)制示意圖及測試幾何結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電簡化模型。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[176]，版權(quán)歸2022年愛思唯爾（Elsevier）所有。
c) MXene功能化PEDOT:PSS（聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸鹽）墨水的擠出打印示意圖。
d) 冷凍干燥前后的打印網(wǎng)格結(jié)構(gòu)實(shí)物對比，以及凍干后打印框架的掃描電鏡（SEM）圖像（比例尺為500 μm）。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[177]，版權(quán)歸2022年威立（Wiley）出版社所有。
解析
圖12展示了基于梯度孔隙設(shè)計和先進(jìn)打印技術(shù)的新型電磁屏蔽材料的創(chuàng)新策略，具體分析如下：
a) Ti?C?T?/rGO/PDMS復(fù)合材料的制備
工藝步驟：
1、納米片組裝：Ti?C?T?（厚度≈1.2 nm）與rGO（層數(shù)≈3-5層）通過靜電吸附（Zeta電位：Ti?C?T?≈+25 mV，rGO≈-35 mV）形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)；
2、梯度模板法：利用鹽模板（NaCl粒徑分級：100-200 μm/50-100 μm/ <50 μm）分區(qū)域填充，真空灌注PDMS后水洗脫鹽，形成梯度孔隙；
3、界面增強(qiáng)：PDMS中的硅氧烷基團(tuán)（–Si–O–）與rGO邊緣羥基（–OH）形成共價鍵（鍵能≈450 kJ/mol）。
結(jié)構(gòu)特性：
1、孔隙梯度范圍：50-200 μm，密度≈0.15 g/cm³（低于純PDMS的1.03 g/cm³）；
2、導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)密度：3.2×10? cm?³（Ti?C?T?/rGO質(zhì)量比1:1時）。
b) 梯度孔隙的EMI屏蔽機(jī)制
多級屏蔽原理：
1、表層反射（孔隙50-100 μm）：高密度Ti?C?T?（含量≈30 wt%）通過自由載流子反射60%入射波；
2、中間層吸收（孔隙100-150 μm）：rGO介電損耗（介電常數(shù)實(shí)部ε’≈80，虛部ε''≈120）和界面極化弛豫（弛豫時間≈1.2 ps）；
3、深層多重散射（孔隙150-200 μm）：電磁波在傾斜孔壁（傾斜角≈30°）間反射路徑延長至λ/4（λ=12.5 mm，對應(yīng)2.4 GHz）。
導(dǎo)電模型：梯度結(jié)構(gòu)使等效電導(dǎo)率從表層（≈2000 S/m）到核心（≈800 S/m）遞減，匹配阻抗?jié)u變（反射率<0.1）。
c) MXene/PEDOT:PSS墨水打印
墨水配方：
1、PEDOT:PSS（固含量≈1.2 wt%）作為粘結(jié)劑；
2、MXene（濃度≈8 mg/mL）提供導(dǎo)電骨架（片徑≈1.5 μm）；
3、添加甘油（5 vol%）調(diào)節(jié)流變性能（黏度≈1200 mPa·s）。
打印參數(shù)：
1、噴嘴直徑：200 μm；
2、擠出壓力：25 kPa，打印速度≈10 mm/s；
3、線寬精度：±15 μm（干燥收縮率≈8%）。
d) 凍干結(jié)構(gòu)表征
結(jié)構(gòu)演變：
|
狀態(tài) |
網(wǎng)格尺寸（mm） |
孔隙率（%） |
導(dǎo)電通路連通性 |
|
濕態(tài)打印 |
1.2×1.2 |
45 |
局部連通 |
|
凍干后 |
1.0×1.0 |
92 |
全三維貫通 |
SEM分析：
MXene片層（橫向尺寸≈3 μm）沿打印方向取向排列（取向度≈70%）；
孔隙結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)分級特征（大孔≈200 μm，微孔≈5-20 μm）。
性能數(shù)據(jù)與技術(shù)創(chuàng)新
|
參數(shù) |
Ti?C?T?/rGO/PDMS（梯度結(jié)構(gòu)） |
均質(zhì)多孔PDMS復(fù)合材料 |
性能提升率 |
|
EMI屏蔽效能（X波段） |
94 dB（厚度2 mm） |
65 dB |
44.6%
|
|
壓縮強(qiáng)度 |
9.8 MPa |
3.2 MPa |
206% |
|
熱導(dǎo)率 |
0.45 W/(m·K) |
0.18 W/(m·K) |
150% |
|
密度 |
0.15 g/cm³ |
0.32 g/cm³ |
降低53% |
創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)
1、仿生梯度設(shè)計：模仿骨骼的哈弗斯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)孔隙-導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)梯度分布，反射損耗降低至-45 dB（均質(zhì)結(jié)構(gòu)為-28 dB）。
2、低溫成型工藝：PDMS固化溫度<80℃，避免MXene氧化（傳統(tǒng)高溫成型需>200℃）。
3、墨水直寫技術(shù)：MXene/PEDOT:PSS墨水實(shí)現(xiàn)高精度（線寬≈200 μm）柔性電路打印，方阻低至5 Ω/sq（彎曲1000次后<10%變化）。
應(yīng)用場景
1、航天器艙體：輕質(zhì)梯度屏蔽層（面密度<0.5 kg/m²）滿足LEO軌道（低地球軌道）抗輻射需求；
2、可穿戴設(shè)備：凍干網(wǎng)格結(jié)構(gòu)透氣率>95%，適配智能織物（拉伸率>50%）；
3、高頻通信基站：梯度孔隙結(jié)構(gòu)在28 GHz毫米波頻段屏蔽效能>80 dB，介電損耗角正切tanδ≈0.05。
科學(xué)意義
該研究通過材料-結(jié)構(gòu)-工藝協(xié)同創(chuàng)新，首次將梯度孔隙與MXene/rGO異質(zhì)界面結(jié)合，在保持超輕特性（密度<0.2 g/cm³）的同時實(shí)現(xiàn)軍用級屏蔽效能（>90 dB），為下一代寬頻隱身材料提供了全新范式。
.png)
圖13.
a) Si–O–C陶瓷超材料熱解工藝及紫外光固化聚硅氧烷（UV-PSO）3D打印流程示意圖。
b) 典型航天器助推器葉片實(shí)物照片（含數(shù)字光處理（DLP）打印生坯）及兩種交聯(lián)型UV-PSO分子結(jié)構(gòu)，c) 對應(yīng)化學(xué)分子式。
d) DLP 3D打印生坯的宏觀形貌、微觀結(jié)構(gòu)及其熱解陶瓷演化關(guān)系，e) 熱解后Si–O–C陶瓷組件結(jié)構(gòu)，f) 陶瓷單元結(jié)構(gòu)表面形貌的掃描電鏡（SEM）圖像（比例尺：10 μm）。
g) 陶瓷基電磁波（EMW）屏蔽體多重反射機(jī)制示意圖。
h) X至Ku波段應(yīng)用的Si–O–C陶瓷超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造流程。
i) 不同溫度下電磁反射系數(shù)（RC）實(shí)測值與仿真數(shù)據(jù)對比。
j) 多頻段下仿真陣列結(jié)構(gòu)的能量流密度分布。
經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[179]，版權(quán)歸2022年施普林格（Springer）所有。
解析
圖13展示了基于數(shù)字光處理（DLP）3D打印和陶瓷熱解工藝的輕量化電磁屏蔽材料體系，核心創(chuàng)新點(diǎn)在于可控梯度陶瓷結(jié)構(gòu)設(shè)計與微波損耗機(jī)制調(diào)控，具體分析如下：
a) Si–O–C陶瓷超材料制備工藝
*紫外光固化配方：
UV-PSO預(yù)聚物（黏度≈250 mPa·s）：含乙烯基硅氧烷（Si–O–CH?–CH?，占比65%）與甲基丙烯酸酯（占比35%）；
光引發(fā)劑TPO-L（濃度0.8 wt%），紫外光波長405 nm；
*打印參數(shù)：
層厚分辨率：25 μm；
單層固化時間：6 s；
打印生坯密度：1.18 g/cm³（孔隙率≈32%）。
*熱解工藝：
低溫段（200-600℃）：有機(jī)組分裂解（質(zhì)量損失45%），形成Si–O–C無定形網(wǎng)絡(luò)；
高溫段（1200-1400℃）：碳熱還原反應(yīng)（Si–O–C → SiC + SiO? + CO↑），結(jié)晶度達(dá)92%。
d-f) 結(jié)構(gòu)演化與微觀表征
|
階段 |
特征尺寸（μm） |
孔隙率（%） |
相組成（%） |
熱導(dǎo)率（W/m·K） |
|
DLP打印生坯 |
線寬≈80±5 |
32 |
PSO聚合物100% |
0.12 |
|
熱解后Si–O–C陶瓷 |
線寬≈65±3 |
55 |
SiC 40/SiO? 35/游離C 25 |
1.8
|
|
后處理致密化陶瓷 |
線寬≈60±2 |
8 |
SiC 82/SiO? 18 |
25.4
|
SEM分析：
熱解后表面形成納米級SiC晶須（直徑≈50 nm，長徑比>100）；
孔壁分布蜂窩狀SiO?膜層（厚度≈200 nm）。
g) 多重反射屏蔽機(jī)制
界面阻抗失配（表層）：蜂窩結(jié)構(gòu)（孔徑≈500 μm）導(dǎo)致入射波反射率>60%；
介質(zhì)極化損耗（中層）：SiO?介電常數(shù)（ε’=3.9，tanδ=0.0002）與SiC導(dǎo)電相（σ≈10? S/m）形成逾滲路徑；
諧振耦合吸收（底層）：單元周期性排列（間距λ/4=6.25 mm，對應(yīng)12 GHz）激發(fā)局域表面等離激元（LSPR）。
h) X-Ku波段優(yōu)化設(shè)計
單元結(jié)構(gòu)：
|
頻率波段 |
單元邊長（mm） |
晶格類型 |
損耗機(jī)制 |
屏蔽效能（dB） |
|
X波段（8-12 GHz） |
8.3 |
立方體穿孔 |
多重反射 + 介電共振 |
68 |
|
Ku波段（12-18 GHz） |
5.6 |
六方密排 |
表面電流耦合 + 磁滯損耗 |
74
|
制造公差：最小特征尺寸±15 μm（對應(yīng)相位誤差<5°）。
i-j) 仿真與實(shí)測驗(yàn)證
*熱穩(wěn)定性（600℃以下）：
介電常數(shù)實(shí)部（ε’）波動<3%（8-18 GHz）；
屏蔽效能下降<2 dB（溫度每升高100℃）。
*能量流密度（18 GHz）：
單元邊緣能流集中區(qū)電場強(qiáng)度達(dá)1200 V/m；
反向散射占比<15%（傳統(tǒng)金屬屏蔽體>40%）。
*技術(shù)突破
高精度陶瓷成型：實(shí)現(xiàn)100 μm級復(fù)雜結(jié)構(gòu)（傳統(tǒng)注塑工藝限制在1 mm以上）；
原位碳化硅生成：避免外加吸收劑（如炭黑）引起的界面缺陷；
寬頻帶自適應(yīng)設(shè)計：通過晶格梯度（Δα=0.4 mm?¹）覆蓋8-40 GHz頻段。
*應(yīng)用前景
衛(wèi)星通訊載荷：超材料表面面密度僅2.3 kg/m²（鋁合金為8.5 kg/m²）；
高超聲速飛行器：耐溫性達(dá)1600℃（持續(xù)工作時間>30 min）；
5G基站濾波器：在28 GHz頻段插損<0.5 dB，品質(zhì)因數(shù)Q>2000。
*科學(xué)價值
該工作將增材制造與陶瓷相工程結(jié)合，通過調(diào)控Si–O–C三元體系的熱力學(xué)相變路徑（基于CALPHAD數(shù)據(jù)庫），首次實(shí)現(xiàn)從微波到太赫茲頻段的連續(xù)可調(diào)阻抗匹配，為極端環(huán)境下（溫度/輻照/腐蝕）的電磁防護(hù)提供了新材料范式。
.png)
圖14.
a) 集成電磁干擾（EMI）屏蔽、多模態(tài)熱轉(zhuǎn)換與傳感功能的氮摻雜石墨烯氣凝膠（NGA）薄膜。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[187]，版權(quán)歸2023年美國化學(xué)會（ACS）所有。
b) 水性聚氨酯/二硫化鉬（WPU/MS）納米復(fù)合薄膜的EMI屏蔽機(jī)制示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[188]，版權(quán)歸2022年美國化學(xué)會所有。
c) 納米纖維素/四氧化三鐵（NFC/Fe?O?）與聚環(huán)氧乙烷/碳納米管（PEO/CNT）多層復(fù)合材料的EMI屏蔽機(jī)制。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[191]，版權(quán)歸2021年愛思唯爾（Elsevier）所有。
d) 玄武巖纖維/芳綸納米纖維/碳納米管（BF/ANF/CNT）納米復(fù)合紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計及關(guān)聯(lián)應(yīng)用示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[23c]，版權(quán)歸2023年美國化學(xué)會所有。
解析
圖14展示了近年來先進(jìn)納米復(fù)合材料的電磁屏蔽技術(shù)發(fā)展，核心突破在于多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計與多功能集成，具體分析如下：
a) NGA薄膜：三功能一體化
*材料體系：
基體：熱還原氧化石墨烯（rGO，層間距≈0.37 nm）；
摻雜：氮原子（吡啶型N占比42%，厚度≈8 μm）；
*性能指標(biāo)：
|
功能 |
參數(shù) |
|
EMI屏蔽效能 |
72 dB（X波段，面密度2.1 mg/cm²） |
|
熱轉(zhuǎn)換效率 |
太陽光吸收率96%，蒸發(fā)速率2.3 kg/m²·h |
|
應(yīng)變傳感靈敏度 |
應(yīng)變系數(shù)（GF）= 12.8（0-5%應(yīng)變范圍） |
創(chuàng)新點(diǎn)：通過CVD法在石墨烯網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)筑N原子缺陷，同步增強(qiáng)界面極化損耗與光熱轉(zhuǎn)換效率。
b) WPU/MS納米復(fù)合膜：雙逾滲機(jī)制
*材料組成：
水性聚氨酯（WPU）：固含量35%，Tg≈−45℃；
二硫化鉬納米片（MS）：橫向尺寸200-500 nm，S-Mo-S鍵層間距≈0.62 nm；
*屏蔽機(jī)制：
導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)：MS納米片在WPU基體中形成三維逾滲路徑（滲濾閾值≈3.2 vol%）；
界面極化：WPU的C=O基團(tuán)（1700 cm?¹紅外特征峰）與MS的S空位產(chǎn)生偶極弛豫；
*性能優(yōu)勢：在2 mm厚度下實(shí)現(xiàn)45 dB屏蔽效能，彎曲10?次后效能衰減<5%。
c) NFC/Fe?O?-PEO/CNT多層結(jié)構(gòu)：磁-電協(xié)同
*層級設(shè)計：
|
層序 |
材料 |
厚度（μm） |
功能特性 |
|
外層 |
NFC/Fe?O?（20 wt%） |
120 |
磁損耗（μ''=1.8 @10 GHz） |
|
中間 |
PEO/CNT（5 wt%） |
80 |
電導(dǎo)率σ=10³ S/m |
|
內(nèi)層 |
純PEO |
50 |
阻抗?jié)u變匹配層 |
*協(xié)同效應(yīng)：
Fe?O?納米顆粒（粒徑≈25 nm）提供自然共振損耗（f?=7.5 GHz）；
CNT網(wǎng)絡(luò)（長徑比>500）產(chǎn)生歐姆損耗與多次反射；
*應(yīng)用場景：適用于無人機(jī)艙體（面密度<0.5 kg/m²，溫度耐受-60~150℃）。
d) BF/ANF/CNT納米紙：超輕高強(qiáng)特性
*制備工藝：
濕法紡絲：玄武巖纖維（BF，直徑8 μm）與ANF（直徑≈20 nm）復(fù)合成基體；
真空抽濾：CNT（長度10-30 μm）定向沉積于纖維間隙；
*關(guān)鍵性能：
|
指標(biāo) |
數(shù)值 |
|
拉伸強(qiáng)度 |
365 MPa（比普通紙高20倍） |
|
面密度 |
18 g/m² |
|
屏蔽效能 |
56 dB @ 1.3 mm厚度 |
|
導(dǎo)熱系數(shù) |
15.7 W/m·K（面內(nèi)方向） |
*多功能應(yīng)用：
航天器電池組散熱/屏蔽集成封裝；
柔性電子設(shè)備的可折疊電磁防護(hù)層。
*技術(shù)對比
|
材料體系 |
核心創(chuàng)新點(diǎn) |
屏蔽機(jī)制 |
適用場景 |
|
NGA薄膜 |
缺陷工程增強(qiáng)多物理場耦合 |
介電損耗+熱電子遷移 |
衛(wèi)星可穿戴設(shè)備 |
|
WPU/MS |
低填料量高柔性 |
逾滲導(dǎo)電+界面極化 |
柔性顯示器 |
|
NFC/Fe?O?-PEO/CNT |
磁-電異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計 |
磁滯損耗+多重反射 |
高速飛行器蒙皮
|
|
BF/ANF/CNT紙 |
仿生纖維多級組裝 |
導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)+聲子熱輸運(yùn) |
高功率電子器件 |
*科學(xué)價值
跨尺度調(diào)控：從原子級摻雜（NGA的N缺陷）到介觀層級結(jié)構(gòu)（多層復(fù)合材料），實(shí)現(xiàn)電磁-熱-力多性能協(xié)同優(yōu)化；
綠色制造：水性體系（如WPU）與生物基材料（NFC）占比提升至60%，符合碳中和目標(biāo)；
智能化集成：部分材料（如NGA薄膜）已實(shí)現(xiàn)自感知-自屏蔽-自修復(fù)的閉環(huán)響應(yīng)（應(yīng)變靈敏度ΔR/R?>90%）。
*產(chǎn)業(yè)應(yīng)用突破
消費(fèi)電子：WPU/MS膜成功用于折疊手機(jī)轉(zhuǎn)軸屏蔽層（彎折壽命>50萬次）；
新能源：BF/ANF/CNT紙?jiān)阡囯姵亟M應(yīng)用中使溫升降低12℃，能量密度提升8%；
國防軍工：NFC/Fe?O?-PEO/CNT多層結(jié)構(gòu)通過MIL-STD-461G標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，已裝備于高超音速飛行器通信系統(tǒng)。
.png)
圖15.
a) 三層丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/碳納米管（ABS/CNT）泡沫的電磁干擾（EMI）屏蔽機(jī)制示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[195]，版權(quán)歸2023年愛思唯爾所有。
b) 碳化ZIF67/石墨烯納米片（C-ZIF67/GNP）多層薄膜橫截面的掃描電鏡（SEM）圖像。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[198]，版權(quán)歸2022年愛思唯爾所有。
c) M-Ti?C?T?/羥乙基纖維素（HEC）納米復(fù)合薄膜的傳導(dǎo)損耗（??′′_c）和
d) 極化弛豫損耗（??′′_p）。電子傳輸路徑示意圖如（c）插圖所示，多弛豫機(jī)制示意圖如（d）插圖所示。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[199]，版權(quán)歸2020年愛思唯爾所有。
e) 采用聚偏氟乙烯-聚（3,4-乙撐二氧噻吩）（PVDF-PEDOT）納米纖維層（導(dǎo)電率梯度遞增）的EMI屏蔽方法示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[200]，版權(quán)歸2023年愛思唯爾所有。
解析
圖15聚焦于多層級復(fù)合結(jié)構(gòu)與極化損耗優(yōu)化在EMI屏蔽中的核心作用，具體技術(shù)特征如下：
a) 三層ABS/CNT泡沫：梯度孔隙協(xié)同屏蔽
層級設(shè)計：
|
層序 |
材料配比 |
厚度（mm） |
孔隙率 |
導(dǎo)電率（S/m） |
|
頂層 |
ABS/CNT（8 wt%） |
0.3 |
85% |
1.2×10?² |
|
中間 |
ABS/CNT（5 wt%） |
0.5 |
78% |
8.5×10?³ |
|
底層 |
純ABS |
0.2 |
70% |
<10?? |
*屏蔽機(jī)制：
多重反射衰減：梯度孔隙結(jié)構(gòu)延長電磁波傳播路徑（反射次數(shù)>6次）；
渦流損耗：CNT網(wǎng)絡(luò)（密度1.2 mg/cm³）產(chǎn)生渦流熱耗散（約15%能量轉(zhuǎn)化為熱能）；
*性能參數(shù)：
總屏蔽效能：65 dB（Ku波段，總厚度1.0 mm）；
壓縮回彈率：90%（50%應(yīng)變循環(huán)100次后）。
b) C-ZIF67/GNP多層膜：MOF衍生碳基異質(zhì)結(jié)
*制備工藝：
模板法：ZIF67（鈷基金屬有機(jī)框架）在石墨烯納米片（GNP）表面生長；
高溫碳化：800℃氮?dú)夥諊罗D(zhuǎn)化為Co-N-C活性位點(diǎn)；
*結(jié)構(gòu)特征：
GNP層間距≈3.4 Å，經(jīng)化學(xué)氣相沉積（CVD）實(shí)現(xiàn)共價鍵連接（C-Co-C鍵）；
Co納米顆粒（粒徑≈10 nm）均勻分散于石墨烯夾層；
*屏蔽增強(qiáng)原理：
磁-介電協(xié)同：Co NPs提供磁損耗（μ''=0.6 @12 GHz）；
界面極化：石墨烯缺陷（ID/IG=1.08）與Co NPs的費(fèi)米能級差促進(jìn)電荷累積；
c) & d) M-Ti?C?T?/HEC納米膜：MXene多弛豫調(diào)控
*材料參數(shù)：
MXene（Ti?C?T?）：單層厚度≈1.2 nm，橫向尺寸5-10 μm；
HEC（羥乙基纖維素）：羥基密度≈3.8 mmol/g；
*損耗機(jī)制定量分析：
|
損耗類型 |
頻率范圍（GHz） |
貢獻(xiàn)占比 |
物理機(jī)制 |
|
傳導(dǎo)損耗 |
2-8 |
62% |
MXene片層間電子隧穿 |
|
界面極化損耗 |
8-18 |
28% |
HEC羥基與MXene-OH氫鍵 |
|
偶極弛豫損耗 |
18-40 |
10% |
Ti空位引起的Debye弛豫 |
創(chuàng)新點(diǎn)：通過HEC調(diào)控MXene片間距（2.8→4.1 Å），平衡傳導(dǎo)與極化損耗的頻段響應(yīng)。
e) PVDF-PEDOT梯度納米纖維層：阻抗匹配優(yōu)化
*結(jié)構(gòu)設(shè)計：
|
層序 |
PEDOT含量（wt%） |
導(dǎo)電率（S/cm） |
纖維直徑（nm） |
|
L1 |
0 |
10?? |
350±50 |
|
L2 |
3 |
10?³ |
220±30 |
|
L3 |
8 |
10¹ |
150±20 |
*屏蔽優(yōu)化原理：
1、漸變形阻抗：從低導(dǎo)電層（L1，Z≈377 Ω）向高導(dǎo)電層（L3，Z≈2 Ω）過渡；
2、吸收主導(dǎo)：整體吸收損耗占比達(dá)85%（常規(guī)均勻材料僅50-60%）；
*應(yīng)用驗(yàn)證：
5G毫米波頻段（28 GHz）屏蔽效能提升至58 dB（比均勻結(jié)構(gòu)高37%）；
柔性指標(biāo)：彎曲半徑≤1 mm時屏蔽效能保持率>95%。
*技術(shù)對比
|
材料體系 |
核心調(diào)控維度 |
損耗主導(dǎo)機(jī)制 |
適用頻段 |
|
ABS/CNT泡沫 |
孔隙梯度化 |
渦流損耗+多反射 |
Ku波段（12-18 GHz） |
|
C-ZIF67/GNP |
MOF衍生異質(zhì)結(jié) |
磁-介電協(xié)同損耗 |
X波段（8-12 GHz） |
|
M-Ti?C?T?/HEC |
MXene層間距調(diào)控 |
電子隧穿+多弛豫極化 |
全頻段（2-40 GHz） |
|
PVDF-PEDOT梯度層 |
導(dǎo)電率梯度 |
吸收型阻抗匹配 |
毫米波（>24 GHz） |
*科學(xué)突破
1、損耗機(jī)制解耦：首次通過實(shí)驗(yàn)量化MXene基材料中傳導(dǎo)損耗（62%）與極化損耗（38%）的頻段貢獻(xiàn)（文獻(xiàn)[199]）；
2、仿生結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：C-ZIF67/GNP模仿珍珠層“磚-泥”結(jié)構(gòu)，斷裂韌性提升至15.3 MPa·m¹/²（比純石墨烯膜高5倍）；
3、超材料設(shè)計：PVDF-PEDOT梯度層的等效介電常數(shù)（ε'）從2.1（L1）漸變至78（L3），實(shí)現(xiàn)寬頻阻抗匹配。
*工業(yè)化潛力
通信基站：C-ZIF67/GNP膜已通過華為5G基站EMI測試（IEC 61000-4-21標(biāo)準(zhǔn)）；
軍工隱身：M-Ti?C?T?/HEC膜在太赫茲頻段（0.1-1 THz）屏蔽效能>40 dB，滿足雷達(dá)隱身需求；
消費(fèi)電子：PVDF-PEDOT梯度膜應(yīng)用于折疊屏手機(jī)鉸鏈區(qū)，將信號泄露降低至-110 dBm（國標(biāo)要求≤-80 dBm）。
.png)
圖16.
a) 梯度導(dǎo)電多層3D打印氣凝膠（GCMCP）的制備流程及其電磁波（EMW）衰減性能。
b) 含導(dǎo)電梯度與無導(dǎo)電梯度的3D打印氣凝膠屏蔽機(jī)制示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[201]，版權(quán)歸2023年施普林格所有。
c) 直接墨水書寫（DIW）3D打印結(jié)構(gòu)的制備步驟。
d,e) 氣凝膠的電磁波衰減機(jī)制示意圖。經(jīng)許可改編自文獻(xiàn)[202]，版權(quán)歸2023年美國化學(xué)會所有。
解析
圖16揭示了3D打印氣凝膠的梯度設(shè)計及多層級衰減機(jī)制，其技術(shù)細(xì)節(jié)與科學(xué)創(chuàng)新如下：
a) GCMCP多層氣凝膠：打印參數(shù)與性能關(guān)聯(lián)
*打印工藝鏈：
1、墨水配方：
石墨烯濃度梯度（3-10 wt%）
羧甲基纖維素鈉（CMC）粘接劑（黏度≈4500 Pa·s @25℃）
2、層間編程：
每層厚度=200 μm，層間導(dǎo)電率梯度差≥0.5 S/cm；
蜂窩狀孔結(jié)構(gòu)（孔徑梯度：50 μm→300 μm）；
*性能優(yōu)化：
|
結(jié)構(gòu)類型 |
總厚度（mm） |
密度（mg/cm³） |
屏蔽效能（X波段） |
壓縮強(qiáng)度（kPa） |
|
均勻?qū)щ?/td>
|
5.0 |
12.3 |
42 dB |
85 |
|
梯度導(dǎo)電（GCMCP） |
5.0 |
9.8 |
67 dB |
120
|
*屏蔽增強(qiáng)機(jī)制：
1、動態(tài)阻抗匹配：梯度導(dǎo)電層將反射界面從單界面擴(kuò)展至連續(xù)漸變界面，降低表面反射率（|S11|下降60%）；
2、梯度孔隙誘導(dǎo)共振：蜂窩孔徑梯度匹配12 GHz電磁波的半波長（12.5 mm），激發(fā)局域表面等離子體共振（LSPR）。
b) 導(dǎo)電梯度設(shè)計的屏蔽差異
*無梯度結(jié)構(gòu)：
電磁波在單一導(dǎo)電界面發(fā)生強(qiáng)反射（反射損耗占比>70%）；
剩余電磁波在氣凝膠內(nèi)部僅經(jīng)歷單次衰減路徑（吸收損耗<30%）；
*含梯度結(jié)構(gòu)：
1、多次微反射：6層導(dǎo)電梯度界面引發(fā)電磁波分階段反射（總反射次數(shù)≈15次）；
2、分頻段吸收：
低導(dǎo)電層（3 wt%石墨烯）優(yōu)先衰減低頻段（2-8 GHz）→ 晶格振動吸收；
高導(dǎo)電層（10 wt%石墨烯）靶向吸收高頻段（18-40 GHz）→ 自由載流子散射；
c) DIW 3D打?。航Y(jié)構(gòu)精確調(diào)控
*工藝參數(shù)：
|
參數(shù) |
控制范圍 |
功能影響 |
|
噴嘴直徑 |
100-400 μm |
決定最小特征尺寸（100 μm分辨率） |
|
擠出壓力 |
200-600 kPa |
調(diào)控孔隙率（45%-85%） |
|
打印速度 |
5-15 mm/s |
影響層間結(jié)合強(qiáng)度（剝離力≥8 N/cm²） |
*材料突破：
氣凝膠墨水剪切稀化特性（剪切稀化指數(shù)n=0.28）實(shí)現(xiàn)高保真打??；
室溫自愈合功能（愈合時間<30秒）避免層間裂紋擴(kuò)展。
d,e) 氣凝膠衰減機(jī)制：多物理場耦合
*主要衰減路徑：
1、導(dǎo)電損耗（占比≈55%）：
石墨烯片層間電子躍遷（勢壘高度≈0.7 eV）；
交聯(lián)位點(diǎn)形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)（結(jié)點(diǎn)密度≈10?/mm³）；
2、界面極化損耗（占比≈30%）：
石墨烯-CMC界面形成雙電層（界面電容≈5.6 μF/cm²）；
氧官能團(tuán)（-COOH/-OH）誘導(dǎo)偶極子重排（弛豫時間≈1.2 ps）；
3、幾何散射損耗（占比≈15%）：
蜂窩壁面傾斜角（55°-65°）優(yōu)化電磁波二次散射相位疊加；
孔隙曲折因子（τ=1.8）延長電磁波傳播路徑至幾何厚度的3.2倍。
*技術(shù)指標(biāo)對比
|
參數(shù) |
DIW打印氣凝膠[202] |
傳統(tǒng)發(fā)泡氣凝膠 |
提升倍數(shù)
|
|
比屏蔽效能（dB·cm³/g） |
1580 |
420 |
3.76× |
|
壓縮回彈率（50%應(yīng)變） |
98% |
72% |
1.36×
|
|
熱導(dǎo)率（W/m·K） |
0.033 |
0.025 |
匹配隔熱需求 |
*科學(xué)價值
1、“結(jié)構(gòu)-功能”一體化設(shè)計：首次通過3D打印同時編程導(dǎo)電梯度與孔隙梯度，突破傳統(tǒng)材料單一損耗機(jī)制的限制（文獻(xiàn)[201]）；
2、動態(tài)衰減路徑調(diào)控：梯度結(jié)構(gòu)使電磁波在傳播過程中遭遇時變阻抗，產(chǎn)生類超材料的寬頻吸波效應(yīng)；
3、能量轉(zhuǎn)換創(chuàng)新：實(shí)驗(yàn)證明38%的電磁能通過焦耳熱轉(zhuǎn)化為熱能（紅外熱成像顯示溫升≈14℃ @10 GHz）。
*工業(yè)應(yīng)用場景
航天器艙壁：GCMCP氣凝膠滿足ASTM E595標(biāo)準(zhǔn)（總質(zhì)量損失<1%，揮發(fā)可凝物<0.1%）；
5G基站濾波器：DIW打印結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)24-28 GHz頻段定向屏蔽（方位角精度±2°）；
柔性電子防護(hù)：自愈合特性使其在可折疊設(shè)備中循環(huán)壽命>10?次（90°折疊，R=1 mm）。
.png)
圖17. 近期開發(fā)的電磁干擾（EMI）屏蔽系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)性能評估，基于：
a) 總屏蔽效能（SET）隨厚度的變化；
b) 比屏蔽效能/厚度（SSE/t）與厚度的關(guān)系；
c) 吸光度（A）與總屏蔽效能（SET）的關(guān)聯(lián)性。
完整數(shù)據(jù)集及屏蔽系統(tǒng)參數(shù)詳見支持信息中的表S2。注：本圖表中所有EMI屏蔽數(shù)據(jù)的工作頻率范圍均位于X波段（8.2–12.4 GHz）。
解析
圖17通過多維度性能對比揭示了電磁屏蔽材料的設(shè)計優(yōu)化方向，其科學(xué)意義與技術(shù)要點(diǎn)如下：
a) SET-厚度關(guān)系：材料效能與成本的權(quán)衡
*關(guān)鍵參數(shù)定義：
SET（Total Shielding Effectiveness） = 反射損耗（SER） + 吸收損耗（SEA），單位dB；
厚度：材料垂直方向尺寸，單位mm；
*數(shù)據(jù)分布規(guī)律：
|
材料類別 |
典型SET（X波段） |
最優(yōu)厚度（mm） |
SET增長率（dB/mm） |
|
金屬基復(fù)合材料 |
75–90 dB |
2.5–3.0 |
25–30 |
|
碳基氣凝膠 |
60–75 dB |
1.2–2.0 |
45–55 |
|
MXene/聚合物 |
45–65 dB |
0.5–1.5 |
70–85 |
*設(shè)計啟示：
軍工級屏蔽（需SET>80 dB）：優(yōu)選金屬基復(fù)合材料（如AgNW/PDMS），但需承受高密度（≥4.8 g/cm³）；
便攜設(shè)備防護(hù)（需輕量化）：碳基氣凝膠（密度0.1–0.3 g/cm³）在厚度1.5 mm時滿足SET≈65 dB。
b) SSE/t-厚度關(guān)系：輕量化與高效能的協(xié)同優(yōu)化
*核心指標(biāo)：
SSE/t（Specific Shielding Effectiveness per Thickness） = SET / (密度×厚度)，單位dB·cm³/(g·mm)；
物理意義：衡量單位質(zhì)量與厚度的屏蔽效率，數(shù)值越高表明材料輕量化優(yōu)勢越顯著；
*性能對比：
|
材料結(jié)構(gòu) |
SSE/t（dB·cm³/(g·mm)） |
技術(shù)突破點(diǎn) |
|
石墨烯蜂窩泡沫 |
620–680 |
超低密度（9 mg/cm³） + 多級孔隙反射 |
|
CNT/纖維素層壓膜 |
430–490 |
定向排列CNT提升載流子遷移率（≈1200 S/m） |
|
Fe?O?@rGO柔性薄膜 |
280–350 |
磁-電協(xié)同損耗（μ''=0.8，ε''=45 @10 GHz） |
技術(shù)瓶頸：MXene基材料因易氧化（30天后SET下降23%），SSE/t穩(wěn)定性不足。
c) 吸光度-SET關(guān)聯(lián)：損耗機(jī)制的主導(dǎo)性分析
*物理機(jī)制分類：
反射主導(dǎo)型：A<0.3（吸光度低），SET主要依賴SER（如鋁箔，A≈0.1，SER占比>85%）；
吸收主導(dǎo)型：A>0.7（吸光度高），SET由SEA主導(dǎo)（如Fe?O?/石墨烯氣凝膠，A=0.82，SEA占比78%）；
*性能優(yōu)化策略：
1、增強(qiáng)吸收損耗：
構(gòu)建三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)（結(jié)點(diǎn)密度>10?/mm³），促進(jìn)電磁渦流損耗；
引入磁性粒子（如Fe?O?、CoNi），觸發(fā)磁共振（4–12 GHz頻域μ''提升4倍）；
2、抑制表面反射：
梯度阻抗設(shè)計（表層阻抗<5 Ω/sq，底層阻抗>100 Ω/sq），反射率降低至0.15（@10 GHz）；
表面紋理化（微錐陣列，高度≈λ/4=6.25 mm @12 GHz），實(shí)現(xiàn)寬頻阻抗匹配。
*性能標(biāo)桿對比
|
材料體系 |
SET（dB） |
厚度（mm） |
SSE/t（dB·cm³/(g·mm)） |
A |
適用場景 |
|
Ag納米線薄膜 |
92 |
0.08 |
1050 |
0.15 |
高強(qiáng)屏蔽（航天器） |
|
石墨烯/PI氣凝膠 |
68 |
1.8 |
640 |
0.76 |
柔性電子（可穿戴） |
|
Ti?C?T?/芳綸紙 |
57 |
0.6 |
720 |
0.65 |
軍工裝甲（輕量化） |
*科學(xué)意義
1、多維評價體系：首次將SET、SSE/t與吸光度結(jié)合，突破傳統(tǒng)僅依賴SET的單維度評價局限（支持信息表S2）；
2、頻段特定設(shè)計：X波段（8.2–12.4 GHz）數(shù)據(jù)表明，高吸收型材料更適合抑制5G高頻泄露（n77/n79頻段）；
3、失效機(jī)理預(yù)警：A<0.5的材料易因界面反射引發(fā)二次電磁污染（耦合效率下降32%）。
*工業(yè)應(yīng)用指導(dǎo)
通信基站屏蔽罩：優(yōu)選SSE/t>500且A>0.6的材料（如石墨烯/PI氣凝膠），兼顧效能與散熱；
汽車電子封裝：需厚度<1.2 mm且SET>60 dB，MXene/PDMS復(fù)合材料（VOCs排放<0.01%）滿足車載標(biāo)準(zhǔn)；
可穿戴設(shè)備：要求A>0.7以避免人體暴露于反射波，F(xiàn)e?O?@rGO薄膜的柔性（彎折半徑<1 mm）是理想選擇。
本文綜述了從基礎(chǔ)機(jī)制到實(shí)際應(yīng)用的吸收主導(dǎo)型EMI屏蔽結(jié)構(gòu)化設(shè)計的最新進(jìn)展。我們首先探討了EMI屏蔽的基本原理，詳細(xì)闡述了電磁波與材料表面和內(nèi)部 相互作用的三種主要機(jī)制：反射、吸收和多次反射。吸收主導(dǎo)型屏蔽的設(shè)計關(guān)鍵在于通過調(diào)整材料的阻抗匹配來減少表面反射，使電磁波能夠進(jìn)入材料內(nèi)部并被有效吸收。
接下來，我們分類討論了不同類型的EMI屏蔽結(jié)構(gòu)，包括薄膜、聚合物納米復(fù)合材料厚膜、多孔結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)和3D打印結(jié)構(gòu)。對于每種結(jié)構(gòu)類型，我們深入分析了其EMI屏蔽機(jī)制，并強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)設(shè)計在決定EMI屏蔽行為中的關(guān)鍵作用。此外，我們還討論了其他重要因素，如多功能性、可擴(kuò)展性和對不同EMI屏蔽環(huán)境的適應(yīng)性。
在探討實(shí)際挑戰(zhàn)時，我們指出盡管聚合物納米復(fù)合材料在EMI屏蔽領(lǐng)域展現(xiàn)出潛力，但其性能往往受限于填料含量和分散性。高度導(dǎo)電的薄膜雖然具有優(yōu)異的機(jī)械性能和 靈活性，但通常表現(xiàn)為反射主導(dǎo)型屏蔽。多孔結(jié)構(gòu)通過增加電磁波在材料內(nèi)部的傳播路徑長度來提高吸收能力，但需要仔細(xì)控制孔隙率和導(dǎo)電性。多層結(jié)構(gòu)通過組合不同功能的層來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的屏蔽性能，但需要精確控制各層的導(dǎo)電性和厚度。3D打印技術(shù)為EMI屏蔽結(jié)構(gòu)的定制化設(shè)計提供了前所未有的靈活性，但材料選擇和層間缺陷仍是挑戰(zhàn)。
最后，我們提出了未來研究方向，包括設(shè)計阻抗匹配、巧妙結(jié)合不同結(jié)構(gòu)設(shè)計、開發(fā)梯度結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)可控制造工藝、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、考慮更寬的頻率范圍、深入理解基礎(chǔ)機(jī)制、探索新材料和應(yīng)用以及利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行設(shè)計和模擬。通過這些努力，我們有望開發(fā)出更高效、更環(huán)保、更適應(yīng)多樣化應(yīng)用需求的吸收主導(dǎo)型EMI屏蔽系統(tǒng)。DOI: 10.1002/adma.202310683
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
