随着通信技术的快速发展，电磁辐射和干扰（EMI）问题日益凸显。导电水凝胶由于其富水多孔结构和类组织机械性能，在柔性、可穿戴电磁屏蔽材料方面表现出优异的应用潜力。将机械、应变、柔韧性、超宽带和稳定性等多种功能集成到EMI屏蔽材料中以适用各种应用场景和环境，是一项有挑战性的任务。
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柔性多功能水凝胶，实现了稳定、动态、超宽频段的高性能EMI屏蔽。该研究成果以“Ultrathin-flexible multifunctional MXene composite hydrogels with good mechanical properties-high strain sensitivity and ultra-broadband EMI shielding performances”为题，于近日发表在《Chemical Engineering Journal》上。
研究人员通过超声辅助分散和热聚合的方法，成功制备了具有多孔结构、适中导电性的MXene/PE-CS复合水凝胶，其表现出优异的综合功能性，包括高拉伸性（0.47 MPa，747%）、应变灵敏度（11.2）、粘附性（0.13 MPa）以及柔韧性等。并且得益于MXene导电网络，富水环境，MXene-PE以及MXene-CS界面极化等多种效应的协调作用，其表现出吸收为主，反射为辅的EMI 屏蔽特性。
图1MXene/PE-CS复合水凝胶与典型EMI屏蔽材料的综合性能比较
更有趣的是，MXene/PE-CS水凝胶在mm级厚度和0.46 wt％的超低MXene含量下，在X波段、Ka波段、Ku波段和THz波段实现了99.99%以上的屏蔽效果。即使经过反复地拉伸、弯曲，以及长时间地水分蒸发，其仍然能保持超过商业要求的EMI屏蔽性能。这种综合性能优异的柔性MXene/PE-CS水凝胶在可变形、可穿戴电子设备的电磁屏蔽领域表现出潜在的应用前景。
图2MXene/PE-CS水凝胶的超宽带EMI屏蔽性能、稳定性及机制分析
该论文的共同第一作者是我校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）和52系2023级博士研究生梅林；共同通讯作者为52系吴征威特任研究员和近代力学系骆天治教授。该研究得到国家磁约束核聚变能发展研究专项、博士后面上项目、博士后国资计划等经费支持。