轻质聚合物基电磁干扰（EMI）屏蔽材料需具备优异的机械适应性和热稳定性，这对下一代电子设备至关重要。然而，通过传统多孔结构提升电磁屏蔽效率（EMI SE）的方法，往往会导致材料结构完整性受损或在动态变形时屏蔽性能下降，难以有效兼顾力学弹性和电磁屏蔽性能。
为此，中国科学院宁波材料技术与工程研究所陈海明副研究员、阎敬灵研究员和王震研究员提出了一种形态发生调控策略，通过调节碳纳米管（CNT）含量和前驱体浓度，在冷冻干燥方法的框架下精确调控前驱体的热力学特性。采用该方法制备的聚酰亚胺/CNT气凝胶展现出前所未有的三轴级联结构——宏观核心辐射结构、微观牛肚状褶皱及纳米级CNT桥接结构。这种独特结构实现了气凝胶优异电磁屏蔽性能和优越弹性的集成，且在高温（350 ℃）下表现优异。
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”为题发表在Advanced Materials期刊上。中国科学院宁波材料技术与工程研究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。
【结构设计和形貌表征】
牛肚由数百层紧密排列的薄片构成，表面覆盖微米级乳突结构，其独特的多级通道网络能通过增大表面积和增加迂曲度来提升营养吸收效率。模仿这种结构有望促进电磁波的多重反射与散射，延长传播路径并增强吸收损耗。通过精确调控前驱体粘度和CNT含量，控制分散液体系的热力学，本研究制备了一系列具有三轴分级结构（宏观核心辐射模式、微观牛肚状褶皱及纳米级CNT桥）的聚酰亚胺/CNT气凝胶，成功模拟出类似牛肚的形貌（图1)。通过SEM进一步揭示了此类气凝胶毛肚状结构的衍生条件及机理，证实了毛肚状结构的存在降低了气凝胶的收缩率，更有利于结构的稳定（图2）。
图1.聚酰亚胺气凝胶的设计原理和制备工艺。
图2.复合气凝胶的形貌表征
【负泊松比和超弹性】
由于冷冻过程引发多向热传递，使得冰晶在模具表面均匀成核，而非仅集中在模具底部。这种现象导致冰晶从边缘向中心呈放射状生长，使得复合气凝胶形成了独特核心辐射结构，在压缩过程中表现出明显的负泊松比行为，赋予气凝胶良好的结构稳定性。气凝胶在承受80%压缩应变时仍能保持结构完整，并展现出优异的应变恢复能力（>98%），且能量耗散极小(图3)。C67-1.5气凝胶展现出优异的抗压缩性（500次循环压缩后保持98.2%的弹性效率）和抗应变传感性能，经过多次压缩循环后仍无明显的信号衰减。凭借卓越的机械韧性和宽泛的压缩范围，气凝胶在传感领域显示出良好的应用前景（图4）。
图3.复合气凝胶的核心辐射形貌和压缩性能
图4.复合气凝胶的抗疲劳性、结构稳定性和压力-应变传感
【电磁屏蔽性能】
这种源于仿生牛肚结构与碳纳米管渗流网络之间精密设计的协同作用，既能在恶劣工况下保持气凝胶结构完整性，又能有效实现微波电磁屏蔽。通过调控碳纳米管含量和气凝胶样品的结构，电磁干扰屏蔽效能从33 dB提升至71dB。此外，由于聚酰亚胺基体自身卓越的热稳定性，这些气凝胶在高温环境(100°C至350°C）下的电磁干扰屏蔽性能能够维持且随温度升高略有提升。
图5.复合气凝胶的电磁屏蔽性能
综上所述，本研究通过冷冻干燥法制备了PI/CNT气凝胶材料体系。通过调控前驱体浓度与碳纳米管含量，成功实现了气凝胶的形貌优化。宏观表征显示，这些气凝胶具有典型的核心辐射结构特征，展现出卓越的抗压性能和负泊松比。微观观察发现，冷冻干燥过程形成了类牛肚状微结构，显著增强了材料在多尺度下的电磁波反射特性。该系列气凝胶凭借仿生孔隙结构、优异机械强度与负泊松比的独特组合，成为高温环境电磁屏蔽领域的理想候选材料。本研究为多功能材料的设计提供了重要理论依据。
该工作得到了浙江省自然科学基金(ZYQ25E030001)，NIMTE所长基金，国家资助博士后研究人员计划(GZC20232797)的支持。
原文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202513423
相关进展
宁波材料所王震/阎敬灵团队 JMCA: 聚酰亚胺/石墨烯气凝胶的分级多孔结构实现力学和电磁屏蔽兼容
宁波材料所王震研究员和阎敬灵研究员 Macromolecules：基于含氟梯形二胺的无色透明聚酰亚胺
宁波材料所王震研究员和阎敬灵研究员 Macromolecules：基于含氟梯形二胺的无色透明聚酰亚胺
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”，查看更多