高韧性多功能CNTs@COF水凝胶：兼具电磁屏蔽与隔热性能的柔性材料创新

针对电子设备在复杂环境中面临的电磁干扰与高温挑战，研究人员通过原位生长共价有机框架(COF)于碳纳米管(CNTs)表面，开发出具有高韧性(23.3 MPa)、优异电磁屏蔽效能(EMI SET达43.54 dB)和隔热特性的PCNTs@COF水凝胶。该材料在X波段51.61 dB的屏蔽效率与79.39%含水量的平衡设计，为航空航天和可穿戴设备提供了轻量化解决方案。

　　

随着5G通信和集成电路的迅猛发展，电磁污染已成为威胁电子设备稳定性、人体健康乃至国防安全的重要问题。传统金属屏蔽材料虽有效但存在质地坚硬、难以适应复杂形变的缺陷，而现有研究多聚焦单一电磁屏蔽性能提升，忽视了高温等恶劣环境下的热管理需求。在此背景下，贵州民族大学的研究团队创新性地将共价有机框架(COF)与碳纳米管(CNTs)复合，开发出兼具电磁屏蔽与隔热功能的柔性水凝胶材料，相关成果发表于《Progress in Organic Coatings》。

研究团队采用羧基化CNTs为活性位点，通过p-苯二胺与2,4,6-三甲酰基间苯三酚的水热反应，在CNTs表面原位生长COF形成异质结构。该复合物随后被引入聚丙烯酰胺-明胶水凝胶体系，通过调控COF含量实现材料性能的精确调控。关键技术包括：1) CNTs@COF的溶剂热合成；2) 水凝胶的自由基聚合交联；3) 电磁屏蔽效能(EMI SE)的波导法测试；4) 热导率的激光闪射法分析。

制备与表征
通过FTIR和XPS证实COF成功锚定于CNTs表面，形成的三维网络结构使电导率达1.531 S/m。SEM显示COF的孔隙结构(直径2-5 nm)与CNTs的纤维状形态构成多级次导热屏障。

性能分析
在3 mm厚度下，材料在X波段展现51.61 dB的EMI SE，其中吸收损耗占比超60%，归因于COF-CNTs界面极化增强电磁波耗散。热导率测试显示，COF的声子散射效应使热量传递路径延长，红外热像证实其温差保持能力较纯水凝胶提升300%。

机械性能
动态力学分析显示压缩应力达23.3 MPa，断裂能较传统水凝胶提高8倍，这源于COF与明胶分子链的氢键交联网络。循环压缩测试表明，材料在50%应变下经100次循环仍保持90%初始模量。

结论与意义
该研究通过分子设计实现了"导电网络-隔热微结构"的协同构建：1) CNTs提供电子传输通道，COF增强界面极化，共同提升EMI SE；2) COF的有序孔隙有效抑制热对流与传导；3) 水凝胶基质赋予材料任意形变适应性。这种"三明治"结构设计为开发下一代智能防护材料提供了新思路，在航天器热控系统、可穿戴电子皮肤等领域具有重要应用前景。值得注意的是，研究团队特别强调了材料79.39%的高含水量对生物相容性的潜在价值，为未来医疗电子器件集成开辟了可能。