水凝胶因其多孔结构和富含水分子的特性，在千兆赫及太赫兹频段可通过吸收、极化和介电损耗衰减电磁波，是柔性电子器件中一种极具潜力的智能屏蔽材料。通过引入纳米导电填料（比如MXene、纳米银线和碳纳米管），可以进一步提升水凝胶的电磁干扰屏蔽性能。然而，性能优越的导电填料往往价格昂贵。这会使得电磁屏蔽水凝胶的制造成本大幅提高，从而限制了这一柔性电磁屏蔽材料的广泛应用。因此，开发兼具优异电磁屏蔽性能和良好机械性能的低填料成本的水凝胶将有利于这类材料在工业应用中的推广。
中国科学技术大学核科学技术学院等离子体物理与聚变工程系（52系）的研究团队开发了一种引入纳米氧化锡锑的多功能双网络水凝胶。该水凝胶在维持极低填料成本的同时，兼具良好机械性能以及针对太赫兹波段的高性能EMI屏蔽性能。该研究成果以“Low-cost multifunctional antimony-doped tin oxide/polyacrylamide-chitosan double-network hydrogels with good mechanical properties and excellent electromagnetic interference shielding performance in terahertz band”为题，于近日发表在《Composites Part A-Applied Science and Manufacturing》上。
研究人员在水凝胶中引入纳米氧化锡锑（ATO），并对水凝胶进行盐析处理，成功制备了具有多孔结构的ATO/PAAm-CS双网络水凝胶，其表现出优异的综合功能性，包括高强度（1.5 MPa）、高拉伸模量（0.35 MPa）、良好拉伸性能（约300%）、导电性（1.5 S/m）以及应变灵敏度（3.5）。
图1 ATO/PAAm-CS双网络水凝胶与目前已报道的EMI屏蔽材料的综合对比
同时，ATO/PAAm-CS双网络水凝胶在0.1-1.0 THz波段实现了60.2 dB的出色屏蔽效果。该水凝胶出色的电磁屏蔽性能源自于其富水多孔结构促进的多次反射和吸收的组合效应，ATO和柠檬酸钠引起的导电损耗，以及ATO与水凝胶聚合物网络间的界面极化效应。更重要的是，由于纳米氧化锡锑自身成本低廉，使得水凝胶在保持较高屏蔽效果的同时，填料成本有效控制在了很低的水平（填料成本为MXene水凝胶的0.2%以及纳米银线水凝胶的15%）。这种综合性能优异的低成本ATO/PAAm-CS水凝胶在柔性、可变形和可穿戴电子设备的电磁屏蔽领域表现出潜在的应用和推广前景。
图2 ATO/PAAm-CS双网络水凝胶的太赫兹波段EMI屏蔽性能、稳定性及机制分析
该论文的第一作者是52系2023级博士研究生梅林，共同通讯作者为先进技术研究院吴征威特任研究员（52系兼职博导）、近代力学系骆天治教授以及地球与空间科学学院博士后欧阳文冲（52系2023届博士毕业生）。该研究得到国家自然科学基金、博士后面上项目、博士后国资计划等经费支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2025.109018