螺旋碳纳米管/聚苯胺/水性聚氨酯气凝胶：基于机械变形响应的动态可调微波吸收材料

针对复杂电磁环境下微波吸收材料（MA）动态调控难题，浙江大学团队通过定向冷冻技术开发了具有形状记忆效应的螺旋碳纳米管/聚苯胺/水性聚氨酯气凝胶（HPWA）。该材料在20%压缩应变下实现反射损耗（RLmin）–66.6 dB和有效吸收带宽（EAB）4.2 GHz的动态调控，其性能变化源于孔隙通道压缩驱动的复介电常数调节。研究为智能吸波材料设计提供了新思路，适用于军事装备和电子器件保护。

　　

随着电子设备普及和军事探测技术进步，电磁污染和隐身需求对微波吸收材料（MA）提出了更高要求。传统吸波材料存在两大瓶颈：一是无法动态调节吸收频率以匹配多变的应用场景；二是缺乏环境适应性，难以应对潮湿、酸碱或机械冲击等复杂条件。形状记忆聚合物（SMP）的出现为解决这些问题带来了曙光，但如何将其与高性能吸波组分结合仍是一个挑战。

浙江理工大学的研究团队创新性地将螺旋碳纳米管（HCNTs）、聚苯胺（PANI）和水性聚氨酯（WPU）复合，通过定向冷冻技术制备了具有热驱动形状记忆功能的气凝胶（HPWA）。该材料不仅展现出优异的微波吸收性能（RL_min –65.58 dB，EAB 3.13 GHz），更能通过机械变形实现动态调控——压缩20%时RL_min提升至–66.6 dB，EAB突破4.2 GHz。相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》，为智能吸波材料设计开辟了新路径。

关键技术方法包括：1）定向冷冻构建垂直排列的多孔结构；2）通过氢键作用强化PANI与WPU的界面结合；3）基于微电容器理论分析压缩应变对复介电常数的影响机制；4）雷达散射截面（RCS）测试验证实际应用效果。

材料制备与结构表征
通过温度梯度控制的定向冷冻技术，使HCNTs/PANI/WPU混合物在冰晶间隙自组装形成"松枝状"三维骨架。扫描电镜显示该结构具有高度取向的孔隙通道，PANI通过氢键交联WPU分子链，赋予气凝胶优异的形状记忆稳定性。

微波吸收性能调控
HPWA-2在原始状态下RL_min为–39.9 dB，EAB 2.84 GHz；压缩20%后性能显著提升，这归因于孔隙压缩导致介电损耗增强。复介电常数实部（ε'）和虚部（ε''）随应变增加而上升，符合微电容器模型理论。

形状记忆效应验证
材料在70°C刺激下可实现形状恢复率超过95%，且经过10次压缩-恢复循环后仍保持稳定的微波吸收性能，证明其具有实际应用可靠性。

实际应用评估
RCS测试显示，当电磁波入射角θ为0°时，HPWA-2的散射截面降低达–39.74 dB?m²，显著优于传统吸波涂层。

该研究首次将形状记忆效应与动态微波吸收调控相结合，通过组分优化（HCNTs的螺旋结构增强多重散射，PANI提供极化损耗）和结构设计（取向孔隙实现应变敏感响应），创造了性能可编程的智能材料。其重要意义在于：1）突破传统吸波材料静态性能局限；2）为复杂环境下的自适应隐身提供解决方案；3）提出的"机械变形-介电响应"关联机制为后续研究奠定理论基础。作者团队特别指出，这种材料在极端环境军用设备保护和智能电子器件领域具有广阔应用前景。