山东大学材料学院电磁功能材料团队在吸波/屏蔽研究领域取得系列新进展

近期，山东大学材料科学与工程学院刘久荣/曾志辉教授课题组在电磁功能材料制备及其吸波与屏蔽性能研究领域取得系列进展，相关成果先后发表在Science子刊Science Advances（2024, 10, eadl6498）、Advanced Materials（2023, 35, 2207969）、Advanced Functional Materials（2023, 33, 2307301; 2023, 33, 2213357）、ACS Nano（2023, 17, 12510−12518）等期刊。

电磁功能材料广泛应用于手机、电脑、汽车电子、通讯基站等电子产品中，解决设备、电子元器件和集成电路的电磁辐射、电磁干扰、电磁兼容和信号保真等问题，是世界各国关键电子材料研究必争之地。随着通信电子高频、高速发展，对电磁功能材料提出了“宽频带、高效能、抗二次干扰和轻薄化”的新要求，课题组聚焦宽频带、轻质吸波/屏蔽材料设计、制备方法以及吸波/屏蔽机理开展研究，为设计和研发高性能电磁功能材料提供了新途径。

图1 双金属导电MOF晶体结构及电子能带结构调控机理图

课题组利用化学方法合成了双金属导电MOF（ZnCu-HHTP），实现了二维框架层间距的精细调控，从而调控导电MOF的电荷传输、能带结构和介电特性。研究揭示了层间距-介电性质之间的调控规律与机制，并实现了高效的电磁波吸收性能，该工作为设计和研制新型、高效的吸波材料提供了新方法，研究成果发表于Science Advances（2024, 10, eadl6498）。

课题组还合成了含有不同金属离子的系列导电MOF（M-HHTP, M=Zn, Cu, Co, Ni），研究了金属离子对MOF介电性能影响，阐明了π-d共轭作用对电导率的影响机理，并通过理论计算验证了电导损耗和极化损耗对吸波性能的作用机制，为设计高损耗和强吸收吸波材料提供了新思路，相关工作发表于ACS Nano（2023, 17, 12510−12518）。以上研究山东大学为第一完成单位，博士研究生张雪为第一作者，刘久荣教授、曾志辉教授为共同通讯作者。

图2 MXene基电子织物的应用示意图和规模化样品

针对MXenes机械强度和抗氧化性能差以及规模化制备难等关键问题，课题组提出利用氧化石墨烯促进MXene/纤维素的多重物理/化学交联方法，研制出了大面积、高强度、高柔韧性的MXene基电子织物，显著提升了织物的耐水、耐溶剂和抗氧化性能，同时在超宽频带内表现出优异的电磁屏蔽性能；此外，该织物还兼具优异的可视化光热转换、电热除冰和抗菌等性能，为下一代可穿戴电子产品、抗电磁辐射和电磁干扰、可视化热理疗以及国防军工领域应用奠定了基础。相关研究发表于Advanced Functional Materials（2023, 33, 2307301; 2023, 33, 2213357），山东大学为第一完成单位，博士研究生李宾为第一作者，刘久荣教授、曾志辉教授为共同通讯作者。

图3 MXene气凝胶的应用示意图

通过与瑞士苏黎世联邦理工大学开展合作研究，采用环保、高效且可规模化制备的常压空气干燥方法，借助高强度纤维素纳米纤维（CNF）辅助，研制出超轻、高弹性、力学性能优异的多功能MXene气凝胶，并通过化学交联方法，提高了气凝胶的疏水和抗氧化性能。CNF与MXene协同效应为该气凝胶在电磁屏蔽、光热转换、油水分离以及粘稠油吸附等领域提供了潜在应用。研究成果发表于Advanced Materials（2023, 35, 2207969），博士生杨云霏为共同第一作者，刘久荣教授、曾志辉教授为共同通讯作者。

以上研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省泰山人才计划和优秀青年科学基金、山东大学青年卓越计划创新团队和齐鲁青年学者计划等项目的大力支持。

本文来源：山东大学

中国电工技术学会

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