【仪表网 研发快讯】屏蔽电磁干扰对人类健康和电子设备的可靠性有着重要影响。根据电磁屏蔽机理，电导率是决定电磁屏蔽效率的关键因素，因此传统的电磁屏蔽材料以导电金属为主。然而，金属存在材料密度大、价格高、易腐蚀、柔性差等问题，无法满足新一代电子设备的要求。聚合物/导电填料纳米复合材料具有密度低、柔性好、成本低等优点，特别是还可以引入多孔结构，从而增加多重反射几率、进一步提升电磁屏蔽效能，具有良好的应用潜力。然而，聚合物基多孔电磁屏蔽材料仍面临两个挑战：一是如何解决电导率与孔隙率矛盾的问题；二是如何降低多孔形貌对复合材料力学性能，特别是对弹性的负面影响。
为此，中国科学院宁波材料技术与工程研究所高分子与复合材料实验室芳杂环高分子团队提出了一种多级形貌调控新策略，该策略以聚酰胺酸盐与碳纳米管(CNT)的水性分散液为前驱体，通过CNT含量与前驱体浓度的精准调控以及各向异性冷冻干燥技术，制备了具有仿生多级结构的聚酰亚胺/CNT复合气凝胶。
研究表明，聚酰胺酸盐溶液中引入高含量CNT可以增加体系粘度，从而有效抑制冰晶生长，并在升华过程中产生局部爆破力，从而形成类似牛肚的褶皱结构。采用该方法制备的聚酰亚胺/CNT气凝胶具有独特的多级结构(宏观中心辐射+微观类牛肚褶皱)，从而表现出优异的抗压性能和压缩负膨胀行为，在经历500次压缩循环后，结构稳定性仍保持在98.2%以上；同时，良好的分散性有效促进了聚酰亚胺基体中CNT纳米桥的连接，使得复合气凝胶在高孔隙率时表现出良好的电导率，结合多级孔结构能显著增强电磁波反射特性，在室温下可实现高达71 dB的电磁屏蔽效能，并且在350 ℃高温下仍能具有相当甚至稍高的电磁屏蔽效能。
该系列气凝胶具有独特的仿生结构、优异的机械强度以及负泊松比，可用于高温苛刻环境下的电磁屏蔽，也为耐高温气凝胶材料的结构设计提供了新思路。相关研究成果以“Bioinspired Polyimide/Carbon Nanotube Aerogels with Core-Radiating and Omasum-like Morphology toward Excellent Electromagnetic Shielding and Superior Elasticity”为题发表于Advanced Materials(原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202513423)。
宁波材料所博士后乔士亚为第一作者，陈海明副研究员和阎敬灵研究员为共同通讯作者。该研究获得浙江省自然科学基金(LZYQ25E030002)和国家资助博士后研究人员计划(GZC20232797)等项目的资助。
图1. 聚酰亚胺/CNT气凝胶的结构设计与性能：(a) 聚酰亚胺的合成路线；(b) 牛肚微观形貌示意图；(c) 多孔电磁屏蔽材料常规孔道形貌和本工作中提出的类牛肚状形貌的对比；(d)聚酰亚胺/CNT气凝胶制备过程；(e) 气凝胶的负泊松比；(f) 气凝胶的循环压缩性能；(g) 气凝胶的高温电磁屏蔽性能。
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