“牛百叶状”聚酰亚胺/碳纳米管气凝胶，用于航空航天和电子行业

1成果简介

轻质聚合物基电磁干扰（EMI）屏蔽材料因其良好的机械适应性和热稳定性，对下一代电子设备至关重要。然而，传统通过多孔结构提升EMI屏蔽效率（SE）的方法，往往会牺牲材料的结构完整性或其在动态变形下的EMI屏蔽性能。本文，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 研究员等在《ADVANCED MATERIALS》期刊发表名为“Bioinspired Polyimide/Carbon Nanotube Aerogels With Core-Radiating and Omasum-Like Morphology toward Excellent Electromagnetic Shielding and Superior Elasticity”的论文，研究提出了一种形态发生学方法，通过调节碳纳米管（CNT）含量和前驱体浓度，精确调控前驱体的热力学性质，并在冻干法框架下实现这一目标。采用该方法，获得了具有前所未有的三轴分级结构（宏观核心辐射图案、微观膈膜状褶皱和纳米级CNT桥）的聚酰亚胺/CNT气凝胶。

这些多尺度结构的协同作用通过诱导多次反射扩展了电磁波的耗散路径，实现了71 dB的EMI屏蔽效率（EMI SE）和超高的比效率（6470 dB cm² g^(−1)）。值得注意的是，C67-5.0气凝胶在温度升高时（350 °C时性能提升5.0%）展现出增强的EMI屏蔽性能，同时具备负泊松比（约−0.28）及结构稳定性（经500次压缩循环后高度保留率约90%）。这种高EMI屏蔽效率、卓越的力学性能与优异结构压缩性的独特组合，为设计适用于航空航天和电子工业的自适应EMI屏蔽系统开辟了新途径。

2图文导读

图1、PI气凝胶的设计原理和制备工艺。

图2、Cx-y气凝胶的形态。

图2、Cx-y气凝胶的岩心辐射形貌和压缩性能。

图3、Cx-y气凝胶的抗疲劳性、结构稳定性和压力应变传感。

图2、Cx-y气凝胶的 EMI 屏蔽性能。

3小结

综上所述，通过冻干法制备了一系列PI/CNT气凝胶。通过调节前驱体浓度和碳纳米管含量，这些气凝胶的形态得到了精心调控。宏观上，气凝胶呈现出核心辐射状结构，赋予其卓越的压缩阻力和约为−0.3的负泊松比。C67-1.5气凝胶在经历500次压缩循环后，结构稳定性仍保持在98.2%以上。微观上，冻干过程形成了类似牛百叶的形态，这显著增强了多尺度下的电磁波反射。因此，这些气凝胶在室温下展现出高达71 dB的高电磁干扰屏蔽（EMI SE）值，且其EMI屏蔽性能在350 °C下仍能保持甚至略有提升。这些气凝胶独特的结构特性，包括仿生孔隙率、机械 robustness 和负泊松比，使其成为在空间受限、机械应力和高温环境下进行 EMI 屏蔽的理想候选材料。本研究为多功能 EMI 屏蔽材料的设计提供了有价值的见解，可克服机械灵活性与 EMI 屏蔽效率之间权衡所带来的限制。

文献：

https://doi.org/10.1002/adma.202513423

来源：材料分析与应用