《Adv. Funct. Mater.》发表顾军渭教授团队关于低反射电磁屏蔽气凝胶的研究成果

近日，学院顾军渭教授团队在Advanced Functional Materials期刊在线发表题为《Multifunctional Flexible WPU Composite Aerogels with Sandwich Structure for Dual-Sided Low-Reflection Electromagnetic Interference Shielding》的研究论文。

随着电磁污染日益严峻，开发具有低反射特性的电磁屏蔽（EMI）复合材料的需求日趋迫切。本文基于分层模块设计理念，以水性聚氨酯（WPU）为基体，溶剂热法制备的异质结构MXene@CoFe₂O₄为功能填料，经逐层冷冻干燥技术制备三明治结构(MXene@CoFe₂O₄/WPU)-(MXene/WPU)-(MXene@CoFe₂O₄/WPU)气凝胶（SWCA）。当MXene@CoFe₂O₄中MXene与CoFe₂O₄质量比为1：6（MXene@CoFe₂O₄-3）时，MXene@CoFe₂O₄具有良好的阻抗匹配特性（|Z_in/Z₀|的值更接近于1）。得益于吸收层MXene@CoFe₂O₄/WPU气凝胶与反射层MXene/WPU气凝胶的协同作用，当MXene@CoFe₂O₄-3/WPU气凝胶中MXene@CoFe₂O₄-3质量分数为40 wt%、MXene/WPU气凝胶中MXene质量分数为80 wt%时，SWCA诱导入射电磁波经历“吸收-反射-再吸收”过程，在X波段的电磁屏蔽性能可达77 dB，平均反射系数仅为0.14。该气凝胶更突破性地展现出双面低反射EMI屏蔽性能，在实际应用中无需受限于特定安装方向。此外，SWCA还兼具高压缩应力（50%压缩应变下的最大压应力为264.0 kPa）、压缩回弹特性（循环压缩100次气凝胶的回弹率达88%）、优异隔热性能（导热系数处于0.0843-0.0941 W/(m·K)之间）以及红外伪装的功能。这种兼具低反射、高性能、多功能的柔性电磁屏蔽气凝胶在下一代电子器件中具有广阔的应用前景。

学院2023级硕士研究生胡笑枫为本文的第一作者，顾军渭教授和陕西理工大学王雷副教授为本文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、陕西省创新能力支撑计划项目、陕西省重点研发计划项目、重庆市自然科学基金等基金项目的资助支持。

论文信息：

Xiaofeng Hu, Yali Zhang, Hua Guo, Mukun He, Hua Qiu, Xuetao Shi, Lei Wang*, Junwei Gu*. Multifunctional Flexible WPU Composite Aerogels with Sandwich Structure for Dual-Sided Low-Reflection Electromagnetic Interference Shielding, Advanced Functional Materials, 2025, 10.1002/adfm.202517665.

论文连接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202517665

图文简介：

图1 异质结构MXene@CoFe₂O₄及SWCA的制备。（a）MXene@CoFe₂O₄制备示意图；（b）SWCA制备示意图；（c-d）MXene的SEM和TEM照片；（e）MXene@CoFe₂O₄的SEM照片；（f）SWCA的光学照片。

图2 异质结构MXene@CoFe₂O₄制备及结构表征。（a-d）SEM照片；（e）HRTEM照片；（f）SAED照片；（g）XRD谱图；（h）VSM谱图；（i）XPS谱图；（i’-i’’）Co和Fe的XPS精细谱图。

图3 MXene@CoFe₂O₄的质量分数对其电磁参数的影响。（a-d）MXene@CoFe₂O₄的电磁参数；（e-h）Cole-Cole曲线；（i-l）表面电流强度分布模拟图。

图4 MXene@CoFe₂O₄的质量分数对其阻抗匹配性能的影响。（a-d）|Z_in/Z₀|值的2D颜色映射图；（a’-d’、e）RCS模拟图；（a’’-d’’）RCS值（-180^o < 0 < 180^o）；（f）CST仿真模型示意图；（g-h）RCS值。

图5 SWCA制备及结构表征。（a-d）SEM照片和EDS图；（e）XRD谱图；（f）XPS谱图；（f’）C的XPS精细谱图。

图6 SWCA的电磁屏蔽性能。（a-b）反射层MXene/WPU的电磁屏蔽能力；（c-d）吸收层MXene@CoFe₂O₄/WPU的阻抗匹配及吸收损耗能力；（e-m）SWCA的电磁屏蔽性能及其电磁波损耗机制。

图7 SWCA的多功能性能。（a-d）SWCA的力学性能；（e-g）SWCA的稳定性；（h-j）SWCA的隔热性能；（k-m）SWCA的红外伪装性能。

图文：胡笑枫

审核：姚东东