摘要
开发多功能电磁防护材料，不仅可以提高设备和系统的工作效率和稳定性,还可以保护人体健康和信息及军事系统安全。此外，它还可以为生态环境保护和可持续发展做出重要贡献。传统电磁防护材料虽然有一定的屏蔽和吸收能力,但是难以适应复杂环境的需求。为此，我们采用了一种创新思路，即利用三维骨架结构负载导电填料制备了多功能电磁波吸收与屏蔽材料。这种材料具有弹性、导热性、透光性和磁性等特性，在不同频段下都表现出优异的电磁波吸收与屏蔽效果，并且可以根据需要制造出不同形状和大小，适用于电子设备、通信器件、飞行器外壳和隐身装备等领域。具体研究内容如下: (1)为了解决传统电磁屏蔽材料功能单一且不稳定的问题，通过静电自组装和浸渍策略制备了一种由MXene/PDMS层组成的具有超低渗透阈值的多功能三聚氰胺海绵。轻质海绵同时显示出电磁波干扰(EMI)屏蔽、红外(IR)隐身性、抗氧化性和压缩稳定性的多功能特性。此材料在8.2-12.4GHz波段表现出45.2dB的出色EMI屏蔽效率，而此时MXene填料含量仅为1.131vol％。此外，由于其独特的三维多孔结构和低红外发射率，海绵上下表面之间的温差可以维持在45℃。PDMS包覆的海绵骨架显示出高疏水性，暴露于潮湿空气60天EMISE仍稳定高效，且在100次压缩实验循环后表现出出色的机械稳定性。轻质隐形纳米复合海绵可在复杂环境中稳定服役，在可穿戴电子、军事、半导体等高科技领域显示出巨大的应用潜力。 (2)为了解决常见电磁屏蔽材料不透明和容易积热的问题，我们提出了一种能够同时实现可见光透射和优异导热性能的EMI屏蔽材料。这种材料是通过将银纳米线(AgNW)负载到去木质素木材(DW)上，并填充环氧树脂(EP),可以在可见光范围(400-800nm)内实现高达45％的透射率。由于AgNW具有高电导率和高导热性，所以在8.2-12.4GHz波段的平均EMISE可以达到35.5dB,而导热系数可以达到1.88W·m-1·K-1。该材料可以用于需要外部光源照明的电磁屏蔽室的实际应用，并且可以通过高雾度保护内部隐私，同时具有良好的散热性能，可以避免积热，并且在智能建筑材料、军事等领域具有广阔的应用前景。 (3)针对传统介电型电磁波吸收材料难以产生低频响应的问题，提出了利用自燃烧结合一步还原/催化的方法，制备出原位生长碳纳米管的中熵合金气凝胶FCNM。该复合材料具有长程有序的三维多孔结构，且由于碳纳米管与中熵合金骨架的磁电耦合效应，可以通过调节碳纳米管的长度来获得合适的介电常数与磁导率，复合材料具有优异的阻抗匹配以及电磁波吸收性能。在2-18GHz范围内最小反射损耗为-56.5dB,有效吸收带宽达到5.2GHz。同时，在低频区域(2-6GHz)的有效吸收带宽为3.6GHz。简而言之，这种独特的介电可调的三维磁电耦合结构，为低频吸波材料的发展与创新提供了新思路。
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