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开发兼具电磁吸波与电磁屏蔽可切换功能的的智能先进材料，是电磁隐身与信息防护领域亟待突破的前沿挑战之一。然而，吸波功能依赖于材料对电磁波的有效损耗，而屏蔽功能则依赖于对电磁波的反射与阻隔，两种功能所依赖的机制截然不同，导致兼容性与可调性难以兼顾。在这里，该工作开发出一种具有可编程电磁切换功能的形状记忆驱动型液态金属/聚酰亚胺/芳纶纳米纤维复合气凝胶（LPA），突破了传统电磁材料功能单一，难以集成的技术瓶颈。该材料通过压缩应变驱动多孔结构的重构与液态金属网络的重组，实现电导率的连续调控，从而触发由极化损耗主导的吸波模式向反射屏蔽主导的屏蔽模式的转变，完成电磁功能的有效切换。得益于材料的形状记忆特性，这一过程具有良好的可逆性与重复性。通过调节压缩应变，LPA气凝胶在低应变（20-40%）下表现出优异的电磁吸波性能，有效吸收带宽（EAB）高达8.91GHz。在高应变（50-80%）下总电磁屏蔽效能最高达28.21 dB，整体性能显著优于现有智能响应电磁材料。该工作有助于开发具有应用潜力的先进电磁材料。

2025年10月26日，该工作以Programmable Electromagnetic Switching in Shape-Memory-Driven Liquid Metal/Polyimide/Aramid Nanofiber Aerogels for Intelligent Wave Management为题发表在Advanced Functional Materials上。文章第一作者为南京航空航天大学硕士研究生王树楠，文章通讯作者为南京航空航天大学郝秀清教授和周金堂教授。

电磁波技术让生活更便利，但也带来干扰、辐射和信息泄露等安全隐患。传统电磁防护材料多为固定功能，难以满足智能设备对可调电磁性能的需求。例如，在战场或无人驾驶系统中，设备需要在“吸波接收信号”和“屏蔽抗干扰”之间灵活切换。为实现这种“智能切换”，研究者尝试通过调节电磁填料含量或外界刺激来改变材料的电磁响应，但多数仍停留在单一功能或不可逆调控阶段。本研究提出了一种形状记忆型液态金属/聚酰亚胺/芳纶纳米纤维（LM/PI/ANF）复合气凝胶，可在不同压缩应变下实现电磁吸波与电磁屏蔽的可逆切换与可编程调控。材料通过液态金属浸渍与定向冷冻干燥制备，在低应变下以介电损耗为主，表现出宽达8.91 GHz的吸波带宽；在高应变下，液态金属形成导电通路，屏蔽效能提升至28.21 dB。得益于形状记忆结构，材料在多次循环中仍保持稳定性能，动态调控范围高达47.97 dB。这一创新为可重构智能电磁防护材料提供了全新思路，未来有望在智能电子、无人系统和国防装备中发挥重要作用。

通过制备PAA，ANF，改性液态金属并采用定向冷冻干燥与真空浸渍技术制得LPA气凝胶，实现了液态金属在PI/ANF多孔网络中的均匀分布。

图1. LPA复合气凝胶的制备过程

从SEM图像可见，未压缩的LPA气凝胶呈现规则均匀的三维多孔结构，孔径约20 μm，液态金属（LM）均匀附着于孔壁上；经压缩后，孔隙缩小至约10 μm，内部结构更致密，LM在孔内富集形成连续导电通道。侧视图显示气凝胶沿冷冻方向形成高度取向的竖直孔道，取向熵分析表明该结构具有显著各向异性。TEM结果显示LM与PI/ANF基体间界面紧密结合，且Ga晶面条纹清晰。XRD分析表明材料中存在PI骨架特征峰及Ga和Ga₂O₃的衍射信号，说明LM在气凝胶中保持良好结晶性且化学状态稳定，压缩过程未引发新的相变。FTIR与XPS进一步证实了MPTES偶联剂在LM与气凝胶之间形成Si–O–Ga和Si–C化学键，实现了LM的有效引入与牢固结合。这种稳定的界面结构为后续气凝胶在形变驱动下的电磁性能可逆调控提供了结构基础。

图2. 复合气凝胶的表征. (a,b)未压缩与压缩后LPA气凝胶的顶面形貌, (c,d) EDS中的Ga元素分布, (e) XRD, (f) 未压缩LPA气凝胶的侧面形貌, (g) TEM, (h) FTIR, (i-l) XPS.

LPA气凝胶凭借其独特的多孔结构和液态金属网络，展现出优异的力学可逆性与导电可编程性。材料在压缩后孔隙塌缩、结构致密，液态金属形成连续导电通路，使气凝胶由绝缘态转为导电态。即使经历多次循环压缩，仍能保持形状记忆与稳定导电性能。模拟结果进一步证实，高应变下材料内部电流与电场集中增强，为应变驱动的电磁性能切换提供了结构基础。

图3. LPA复合气凝胶的机械和电性能 (a) 压缩应力应变曲线, (b) 压缩循环应力应变曲线, (c) 压缩应力保持率与能量损耗系数, (d) 形状记忆性能, (e) 压缩LPA气凝胶改变电路电阻状态, (f) 不同LM含量下原始/压缩状态下的电阻, (g) LPA气凝胶在不同压缩比下的电阻变化, (h) 电阻切换循环性能, (i) LPA气凝胶在原始和压缩下的电性能仿真.

LPA气凝胶通过独特的多孔结构和液态金属网络，实现了电磁吸收与屏蔽功能的可逆切换。在低压缩应变（20-40%）下，气凝胶孔隙部分塌缩，液态金属形成局部导电通路，使材料表现出优异的宽频吸波能力，最大有效吸收带宽可达8.91 GHz，最小反射损耗低至-63.98 dB，可有效衰减入射电磁波，实现隐身与信号增强功能。

当压缩应变增大到50-80%时，孔隙高度致密，导电网络贯通，材料转为高效电磁屏蔽状态，最大屏蔽效能可达28.21 dB，有效阻隔外部电磁干扰。值得注意的是，这种功能切换完全依赖气凝胶的形状记忆效应，无需持续外力即可在不同应变状态下固定和恢复，且经过多次循环仍能保持稳定性能。

此外，实验和模拟结果表明，气凝胶的多相界面和各向异性孔道可增强界面极化和电流环效应，优化电磁能量耗散与传导路径，实现对电磁波的方向性调控。LPA气凝胶结合吸波与屏蔽、宽频响应和可编程调控，展现出智能电磁管理与隐身应用的巨大潜力。

图4. LPA复合气凝胶的电磁参数. (a) 介电实部和介电虚部, (b) 磁实部和磁虚部, (c) 介电损耗正切值和磁损耗正切值, (d-f) LPA-20,LPA-30,LPA-40的Cole-Cole圆, (g) 导电损耗, (h) 极化损耗, (i) 涡流损耗因子, (j) 衰减常数, (k) 空气阻抗匹配.

图5. LPA复合气凝胶的电磁切换功能. (a-c) 电磁吸波性能, (d) EAB and RL_min, (e-g) 电磁屏蔽性能, (h) 不同压缩应变下的电磁切换性能, (i) 3D雷达波散射信号图, (j) 不同角度的RCS仿真曲线, (k) 电磁切换功能对比.

LPA气凝胶的电磁功能切换依赖其多尺度结构。在宏观上，多孔结构与空气形成良好阻抗匹配，有利于电磁波入射；压缩后孔隙率下降，阻抗匹配变差，更多电磁波被反射，实现“吸波—屏蔽”切换。在微观和中观尺度上，LM电子在电磁波作用下产生导电损耗，压缩促进LM聚集形成连续导电通路，提高电导率和能量耗散。同时，LM/PI/ANF界面和极性基团引发界面及偶极极化，随应变增强。基于气凝胶的形状记忆特性，该结构转变可逆，实现“绝缘—导体”的可编程切换，为智能电磁响应提供微观基础。

图6. LPA复合气凝胶的电磁切换功能机理。a)多重反射与散射。b)电导损耗。c)界面极化。d)偶极极化。e)电磁波入射路径。f)电流路径随压缩应变的变化。

他们成功开发了一种具有可编程电磁切换功能LM/PI/ANF气凝胶，通过改变压缩应变，实现了电磁吸波和电磁屏蔽性能的可逆智能调控，突破了两种性能难以兼顾的技术瓶颈。在20%-80%的压缩应变范围内，LPA气凝胶在电磁吸波模式下展现出高达8.91的EAB与-63.98 dB的RL_min，而在电磁屏蔽模型下获得了最高28.21 dB的电磁屏蔽效能，在电磁吸波与电磁屏蔽可逆切换之间的电磁响应动态调控范围达到47.97 dB，整体性能远优于以前报道的智能电磁材料。该智能电磁调控能力源于多尺度结构的协同作用，特别是LM在气凝胶孔隙中的占空比随压缩应变的变化导致导电网络构建差异，调节了其电磁波传播路径与多重损耗机制。这项工作为可编程智能电磁功能材料的开发提供了一个全新路径，具有广阔的应用价值。

链接地址

https://doi.org/10.1002/adfm.202521612

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