随着电子设备的飞速发展，电磁辐射和电磁污染问题日益严重，严重危害精密电子设备正常运行并对人体健康产生潜在威胁。电磁屏蔽材料是解决相关电磁辐射、电磁污染的重要技术手段之一。聚合物基电磁屏蔽复合材料因其质轻、耐腐蚀、易加工等特点逐渐取代传统的金属基电磁屏蔽材料。目前，聚合物基电磁屏蔽复合材料已经取得了显著的进展，但仍存在诸多挑战。其中，电磁屏蔽材料结构的可控设计以及性能可调性有待深入研究，这对电磁屏蔽材料性能的稳定性以及适用性至关重要。

  前期，西北工业大学化学与化工学院顾军渭教授团队通过将高度规整的石墨烯膜（RGFs）定向排列构筑于环氧树脂基体中制备出X波段EMI SE高达82 dB的RGFs/环氧树脂电磁屏蔽复合材料（Compos Part A-Appl S, 2019, 124: 105512）。并以氧化铝蜂窝为模板，借助“牺牲模板-冷冻干燥-真空辅助浸渍”法成功构筑了具有规整三维蜂窝结构的环氧树脂电磁屏蔽复合材料（Nano-Micro Lett, 2022, 14: 51--图1），显著提高了环氧树脂复合材料的电磁屏蔽性能，并赋予其优异的热稳定性和力学性能。

图1 蜂窝结构环氧树脂电磁屏蔽复合材料的制备流程、微观结构及性能

  团队还采用定向冷冻法诱导填料序列化分布并组装为有序网络结构，在实现高效导电损耗同时利用填料/聚合物界面增强内部电磁波的多次有规律的反射和重吸收，实现了复合材料EMI SE的快速高效提升（Research, 2020, 2020: 4093732；Research, 2022, 2022: 9780290）。并将石墨烯和MXene气凝胶等集成于高度有序的天然生物质基多孔碳骨架中，成功构筑出了类“砖-泥”结构的轻质高效电磁屏蔽复合材料（J Mater Sci Technol, 2020, 52: 119--入选“领跑者5000-中国精品科技期刊顶尖学术论文”；Sci Bull, 2020, 65: 616--图2），有效解决了生物质材料电磁屏蔽效能低和气凝胶结构不稳定的问题。

图2 类“砖-泥”结构电磁屏蔽复合材料的制备流程、微观结构及性能

  团队还采用模板辅助限域策略成功构筑出了孔径大小和分布可控的中空MXene微球。复合材料中空微球结构的引入不仅增强了界面极化，还促使电磁波在中空微球孔壁发生多次反射和散射，有效衰减并损耗了电磁波，进而赋予复合材料优异的电磁屏蔽性能（X波段的电磁屏蔽性能为85 dB）（Adv Mater, 2023, 35: 2211642--图3）。

图3 中空MXene微球电磁屏蔽复合材料的制备流程、微观结构及性能

  近日，团队提出引入吸湿性盐CaCl₂以激活羧甲基纤维素（CMC）弹性行为的新策略，并结合墨水直写（DIW）3D打印赋予了电磁屏蔽材料结构设计的精准性和性能的可调性。

  2025年6月12日，相关研究成果以“Direct-Ink-Writing Printed Aerogels with Dynamically Reversible Thermal Management and Tunable Electromagnetic Interference Shielding”为题发表在Advanced Materials期刊上（Advanced Materials, 2025, 10.1002/adma.202505521）。西北工业大学化学与化工学院张雅莉副教授为第一作者，顾军渭教授和新加坡南洋理工大学周琨教授为共同通讯作者。

  该工作以CaCl₂交联的CMC（CCMC）为基体，通过逐层DIW 3D打印沉积得到蜂窝结构(Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/CCMC)–(AgNW/CCMC)气凝胶。蜂窝结构(Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/CCMC)–(AgNW/CCMC)气凝胶具有良好的压缩回弹性，可通过改变压缩应变来调控该气凝胶的电磁屏蔽性能。当打印填充密度为35%、Ti₃C₂T_x质量分数为40 wt%且气凝胶压缩应变为60%时，该气凝胶电磁屏蔽性能最佳（80 dB）。同时，该气凝胶具有优异的红外隐身特性，可满足高温目标长期红外隐身的应用需求。另外，该气凝胶在干冷/湿热的环境下可实现隔热（0.08 W·m^?1·K^?1）/导热（0.67 W·m^?1·K^?1）的可逆转换。该工作制备的具有可调电磁屏蔽性能和动态可逆热管理性能的多功能材料在恶劣环境防护、智能热伪装以及航空航天等领域展现出广阔的应用前景。

图4 (Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/CCMC)–(AgNW/CCMC)气凝胶的制备流程示意图

图5 墨水的流变性能及气凝胶的微观形貌

图6 (Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/CCMC)–(AgNW/CCMC)气凝胶的电磁屏蔽性能

图7 (Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/CCMC)–(AgNW/CCMC)气凝胶的红外隐身性能

图8 (Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/CCMC)–(AgNW/CCMC)气凝胶的动态可逆热管理性能

  本研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划项目、陕西省创新能力支撑计划项目、中央高校基本科研业务费专项资金等基金项目的资助支持。

  论文信息：

  Yali Zhang, An Liu, Yuanyuan Tian, Yujia Tian, Xiaosi Qi, Hua Qiu, Mukun He, Kun Zhou* and Junwei Gu*. Direct Ink Writing–Printed Aerogels with Dynamically Reversible Thermal Management and Tunable Electromagnetic Interference Shielding. Advanced Materials, 2025, 10.1002/adma.202505521.

  论文网址：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202505521

第一作者简介：

  张雅莉，西北工业大学化学与化工学院副教授、硕士生导师。主要从事电磁波功能高分子复合材料（电磁屏蔽、吸波）的结构设计、性能调控及机理研究。入选2023年度科睿唯安全球高被引科学家、2025年度博士后创新人才支持计划和西北工业大学翱翔人才计划。获中国复合材料学会科学技术奖二等奖（8/8）。以第一/通讯作者在Adv Mater、Adv Funct Mater和Sci Bull等期刊发表学术论文19篇。授权国家发明专利3件；参编Elsevier英文专著2部。任中国复合材料学会电磁复合材料分会委员，任eScience和Advanced Functional Fiber等期刊青年编委。