超临界CO2诱导形状记忆EP泡沫构建可编程电磁屏蔽材料的创新研究

针对动态电磁环境对智能屏蔽材料的迫切需求，研究人员通过超临界CO2技术开发了具有形状记忆功能的EP泡沫材料。该材料通过碳纳米管(CNT)-石墨烯分级导电网络实现12个数量级的电导率跃升，结合碳纤维布(CFC)夹层使形状固定/恢复率达99.99%，并创新性提出"吸收-反射-吸收"协同机制，实现79%的宽域EMI SE可调性(48.78–10.11 dB)，为5G通信和航空航天领域提供新型自适应解决方案。

　　

随着5G通信、物联网和柔性电子设备的快速发展，电磁污染和信号干扰问题日益突出。在航空航天、军事隐身和可穿戴设备等关键领域，传统静态电磁干扰(EMI)屏蔽材料已无法满足动态电磁环境的需求。现有智能屏蔽材料虽能通过机械变形调节屏蔽效能(SE)，但需要持续外力维持变形状态，且形状恢复率(SR)普遍不足90%，严重制约实际应用。

针对这一挑战，山东某高校的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表创新成果。他们采用超临界CO₂发泡技术，以乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)为基体，通过构建碳纳米管(CNT)-石墨烯分级导电网络，开发出具有形状记忆(SM)功能的轻质柔性EMI屏蔽泡沫。研究团队创新性地引入碳纤维布(CFC)作为夹层，不仅实现近100%的形状固定/恢复率，更通过独特的"吸收-反射-吸收"协同机制，使材料在48.78–10.11 dB范围内具有79%的宽域SE可调性。

关键技术包括：超临界CO₂发泡制备EPDM/石蜡(PW)复合泡沫；CNT-石墨烯杂化构建3D导电网络；CFC夹层增强的梯度结构设计；形状记忆性能测试与EMI SE动态调控实验。

【材料与微观结构】
通过扫描电镜证实，添加50%PW的EP50泡沫平均泡孔尺寸达119.41 μm，较纯EPDM泡沫增大71%。这种结构变化源于PW的塑化作用削弱了EPDM分子间作用力，同时熔体强度降低促使泡孔合并。

【导电网络构建】
在仅3 wt%超低填料负载下，CNT-石墨烯杂化网络使电导率实现12个数量级跃升(达0.06 S/m)。CFC夹层的引入形成"刚-柔"梯度结构，比EMI SE提升至1060.43 dB·cm²/g。

【形状记忆性能】
材料展现出近乎完美的形状固定率(99.99%)和恢复率(99.99%)，在40次SM循环和100次热循环后仍保持优异耐久性。这种特性源于PW相的可逆固-液转变和EPDM交联网络的弹性恢复协同作用。

【EMI屏蔽机制】
不同于传统反射主导型屏蔽，该材料通过"吸收-反射-吸收"多级耗散机制，使吸收贡献率超过70%，显著降低二次电磁污染。在智能会议系统应用中，成功实现通过形状记忆效应调控信号传输状态。

该研究首次将超临界发泡技术与形状记忆效应相结合，创造了兼具动态响应性、优异屏蔽性能和操作稳定性的智能材料体系。其突破性体现在三方面：一是通过分子设计实现SM与EMI性能的协同优化；二是提出吸收主导的新型屏蔽机制；三是开发出可规模化的超临界制备工艺。这些成果为5G基站动态屏蔽、航天器智能蒙皮和可穿戴电子防护提供了全新解决方案，推动智能电磁功能材料进入新阶段。