隨著第五代（5G）乃至第六代（6G）通信技術(shù)、可穿戴電子和柔性傳感的飛速發(fā)展，電磁干擾（EMI）與輻射污染已成為不容忽視的問題。傳統(tǒng)的金屬屏蔽材料雖效能卓越，但其固有的剛性、易腐蝕及難以集成等缺點，無法滿足新一代柔性設(shè)備對可拉伸、自愈合及環(huán)境適應(yīng)性的苛刻要求。導(dǎo)電水凝膠因其獨特的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)異的機械柔性和生物相容性，被視為理想候選者。然而，常規(guī)水凝膠面臨低溫凍結(jié)、易失水、機械強度與自愈合性能難以兼顧等瓶頸。近日，化學與化工學院黃文歡教授課題組與合作者在柔性電磁屏蔽材料領(lǐng)域取得重要進展。團隊通過將氮雜環(huán)金屬有機框架（MET-6）衍生的Fe@C多孔碳納米材料，與聚乙烯醇（PVA）、淀粉和單寧酸（TA）復(fù)合，成功制備出一種多功能Fe@C/TPS復(fù)合水凝膠。該材料集高電磁屏蔽效能（X波段最高56.97 dB）、快速自愈合能力（屏蔽效能恢復(fù)92.75%）、優(yōu)異拉伸性（斷裂伸長率>240%）、卓越抗凍性（-50℃仍保持柔性）以及高靈敏度應(yīng)變傳感（GF=4.7）等多種功能于一體，為解決柔性電子設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境下的電磁防護難題提供了創(chuàng)新性的材料解決方案。該研究成果以題為“Nitrogen-Rich Azolate Framework-Derived Porous Carbon Nanocomposite Hydrogels Shielding Material with Tunable Dynamic Bonding-Induced Self-Healing Properties”發(fā)表在學術(shù)期刊Advanced Materials上。
文章亮點：
1. 以溶劑熱法合成的富氮的MET-6為前驅(qū)體，通過梯度Fe3+摻雜與熱解，制備出具有分級多孔結(jié)構(gòu)和磁損耗單元（Fe納米顆粒）的Fe@C納米材料。這種結(jié)構(gòu)不僅為電磁波提供了豐富的多次反射和散射路徑，還通過介電-磁協(xié)同損耗機制，極大地增強了電磁波的吸收效率；
2. 在水凝膠基體中，引入FeCl3-單寧酸金屬配位鍵與PVA/淀粉/乙二醇間形成的多重氫鍵，共同構(gòu)建了雙動態(tài)可逆交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)賦予材料優(yōu)異的拉伸性、韌性和快速自愈合能力；
3. 用水-乙二醇二元溶劑體系，有效降低了體系的冰點，使水凝膠在-60℃的極低溫環(huán)境下仍不凍結(jié)，保證了其在嚴寒條件下的正常工作。
圖1. Fe@C/TPS復(fù)合水凝膠的制備流程與多功能機制示意圖
圖2. 前驅(qū)體材料的微觀表征和組成
圖3. 復(fù)合水凝膠的機械和自修復(fù)性能
圖4. 復(fù)合材料的電磁屏蔽性能及應(yīng)用
圖5. Fe@C/TPS-13-10%復(fù)合材料的傳感性能
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202516023
（核稿：黃文歡 編輯：趙誠）
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