当前，电子设备快速发展导致电磁辐射与污染问题严峻，电磁干扰（EMI）屏蔽材料虽为重要解决方案，但聚合物基EMI屏蔽复合材料在可控结构设计与灵活性能调节方面存在挑战，3D打印技术虽具优势，却需进一步优化材料设计以实现动态性能调控。来自西北工业大学的顾军渭教授团队与南洋理工大学的周琨教授团队合作，提出将氯化钙（CaCl₂）诱导的羧甲基纤维素（CMC）弹性活化与直接墨水书写（DIW）3D打印相结合的策略，制备出具有蜂窝结构的（Ti₃C₂Tₓ/Fe₃O₄/CCMC）（AgNW/CCMC）气凝胶，该气凝胶可实现动态可逆热管理与可调EMI屏蔽性能。相关工作以“Direct-Ink-Writing Printed Aerogels with Dynamically Reversible Thermal Management and Tunable Electromagnetic Interference Shielding”为题发表在《Advanced Materials》上。

研究内容
    通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）观察，以及流变学测试（测量粘度、储能模量和损耗模量），研究了AgNW、Ti₃C₂Tₓ纳米材料的微观形貌，以及CCMC、AgNW/CCMC、Ti₃C₂Tₓ/Fe₃O₄/CCMC墨水的打印性能。结果表明，AgNW呈规则棒状，Ti₃C₂Tₓ为二维层状结构，墨水具有剪切稀化特性，可打印出同心正方形、枫叶等多种形状且结构完好。
 

通过SEM观察气凝胶表面和截面形貌，结合能量色散X射线光谱（EDS）元素 mapping， 研究了CCMC、AgNW/CCMC、Ti₃C₂Tₓ/Fe₃O₄/CCMC气凝胶的微观结构和元素分布。结果表明，气凝胶表面为有序蜂窝结构，边长约600 μm，壁厚约200 μm，且各层间界面结合良好，成功掺入了AgNW、Ti₃C₂Tₓ和Fe₃O₄。
 

通过测试不同打印填充密度、Ti₃C₂Tₓ含量和压缩应变下的电磁干扰（EMI）屏蔽效能（SE），并进行有限元模拟，研究了 气凝胶的EMI屏蔽性能及其影响因素。结果表明，填充密度和Ti₃C₂Tₓ含量增加，SE提高，60%压缩应变下SE可达80 dB，压缩使内部导电/磁性通路更密集，增强了对电磁波的反射、吸收和散射。
 

通过测量红外发射率、反射率和透射率光谱，以及红外热成像监测气凝胶在热台上的温度变化，研究了气凝胶的红外隐身性能。结果表明，气凝胶上层的Ti₃C₂Tₓ/Fe₃O₄/CCMC层具有低红外发射率，多层孔隙结构可缓冲隔热，覆盖在高温模型上时表面温度接近环境，实现红外隐身。
 

通过测量干燥和潮湿环境下的热导率，进行循环干湿测试，以及红外热成像和有限元模拟，研究了 气凝胶的动态可逆热管理能力。 结果表明，干燥时气凝胶热导率低至0.08 W·m⁻¹·K⁻¹，潮湿时升至0.67 W·m⁻¹·K⁻¹，可根据环境湿度在隔热和导热之间切换，适用于船舶发动机等需要温度调控的场景。
 

研究结论
本研究提出将吸湿盐氯化钙与直接墨水书写3D打印技术结合的策略，实现对电磁干扰屏蔽材的精确结构控制与性能调控。所制备的蜂窝状(Ti₃C₂Tₓ/Fe₃O₄/CCMC)-(AgNW/CCMC)气凝胶，在35%打印填充密度、40 wt% Ti₃C₂Tₓ和60%压缩应变下，电磁干扰屏蔽效能可达80 dB。该气凝胶还展现出动态可逆的热管理能力，热导率可在干燥环境下的0.08瓦每米开尔文至潮湿环境下的0.67瓦每米开尔文之间转换，且热管理行为与电磁屏蔽性能相互耦合。此研究为航空航天、隐身技术等领域提供了具有自适应热电磁调控能力的材料平台。

文章来源：
https://doi.org/10.1002/adma.202505521

(责任编辑：admin)

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