具有介电损耗补偿的温度响应型双网络水凝胶，用于稳定的宽带电磁波吸收

《CARBON》：Temperature-responsive double-network hydrogels with dielectric loss compensation for stable broadband electromagnetic wave absorption

　　

**• 温度响应双网络水凝胶实现介电损耗补偿。• PT-HP水凝胶通过离子迁移和偶极弛豫维持介电损耗。• PT-HP水凝胶通过电导损耗和极化损耗增强电磁波衰减。**

**1. 引言**

随着柔性电子器件、可穿戴设备、智能传感系统和无线通信技术的快速发展，复杂电磁环境中引起的电磁干扰、信息安全以及辐射防护问题日益受到关注。开发兼具轻量化、柔性、宽带吸收和环境适应性的电磁波吸收材料，已成为电磁防护、微波隐身和智能可穿戴设备领域的重要研究方向。传统微波吸收材料通常基于磁性粒子、碳材料、陶瓷或多孔复合材料。虽然在吸收强度、带宽调节和厚度优化方面取得了显著进展，但这些材料通常存在结构刚度高和界面贴合性差的问题，难以满足可穿戴电磁防护设备对柔性贴合以及动态服役条件下稳定吸收的要求。此外，对于智能柔性微波吸收材料，外部刺激引起的结构变化会直接影响介电响应和电磁衰减行为。因此，建立温度响应水凝胶网络的结构演变、介电损耗调控与电磁波吸收性能之间的内在关系，对于智能柔性微波吸收材料的理性设计至关重要。

水凝胶以其柔软性、可变形性、易黏附性、可调结构和富水网络等特性，为构建柔性电磁波吸收材料提供了理想的平台。通过在 水凝胶体系中引入导电组分、极性官能团或离子网络，可以有效调控其介电参数，增强电导损耗、偶极极化和界面极化等电磁衰减过程，从而实现入射电磁波的吸收和耗散。近年来，导电水凝胶、离子水凝胶和多功能复合水凝胶在柔性传感、电磁屏蔽和电磁波吸收领域展现出巨大的应用潜力。然而，传统单网络水凝胶通常存在机械强度不足、失水严重、长期稳定性差以及功能响应有限等问题。此外，大多数基于水凝胶的吸收材料主要关注静态条件下的吸收性能，而温度引起的 水凝胶网络相互作用、介电响应调控和吸收稳定性方面的研究仍显不足。因此，制造集温度响应性、结构稳定性、多功能服役能力和高效电磁波吸收于一体的水凝胶体系，对于智能柔性电磁防护材料的发展具有重要意义。

羟丙基纤维素（HPC）是一种典型的温度响应聚合物，其温度响应行为源于分子链在下临界溶液温度（LCST）附近的可逆水化-脱水平衡。当温度低于相变温度时，HPC链与水分子之间的氢键作用占主导地位，使体系保持亲水溶胀状态。当温度升高超过相变温度时，氢键被破坏，疏水相互作用增强，诱导链聚集和相分离。这种可逆相变为开发智能响应微波吸收材料提供了一条可行途径。然而，单一组分HPC水凝胶通常表现出固有的柔软性和失水倾向，导致机械稳定性和长期服役可靠性有限。这些局限性使其难以直接满足复杂电磁防护场景的应用需求。

基于上述考虑，本研究通过在羟丙基纤维素基体中1-乙基-3-甲基咪唑鎓氯与丙烯酰胺共聚形成P(AM-co-ILs)网络，开发了一种温度响应HPC/P(AM-co-ILs)双网络电磁波吸收水凝胶。在该设计中，HPC赋予水凝胶温度响应行为，而P(AM-co-ILs)中的酰胺基团和离子液体组分则提高了体系的极性、离子迁移能力和网络稳定性，从而在水凝胶基体受热失水时补偿介电损耗能力。HPC与P(AM-co-ILs)之间形成的网络不仅提高了水凝胶的机械性能、黏附能力和传感稳定性，还为电磁波衰减提供了丰富的极化位点和电荷传输通道。通过调节双网络组成，PT-HP水凝胶实现了宽带电磁波吸收（EAB）和温度响应稳定性。特别是，PT-(HP)?在2.25 mm匹配厚度下实现了6.80 GHz的EAB，且在温度升高至45 °C后仍保持了6.03 GHz的EAB。雷达散射截面（RCS）仿真进一步证实，该材料在X波段和Ku波段均能有效降低理想电导体（PEC）衬底的雷达散射信号。本工作集成了温度响应性、柔性黏附、应变传感、机械稳定性和宽带吸收性能，为智能、柔性、多功能水凝胶基电磁防护材料的设计提供了新策略。

**2. 实验方法**

**2.1 化学试剂与材料**

去离子水、丙烯酰胺（AM，99%）、过硫酸铵（APS，98.5%）和N,N,N',N'-四甲基乙二胺（TEMED，99%）购自麦克林试剂有限公司。羟丙基纤维素（HPC，150-400 mPa·s，20 °C下2%水溶液）和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（BIS，97%）由阿拉丁生物技术公司提供。1-乙基-3-甲基咪唑鎓氯（[EMIM]Cl，99%）购自Energy Chemical有限公司。

**2.2 温度响应双网络水凝胶的制备**

首先，在持续搅拌条件下将一定量的HPC（150-400 mPa·s，20 °C下2%水溶液）加入去离子水中。将混合物在35 °C下以200 rpm的转速搅拌，以促进HPC的水化溶解。持续搅拌直至HPC完全溶解，得到均匀无可见团聚体的粘稠HPC水溶液。随后，依次将[EMIM]Cl、AM和BIS加入HPC溶液中，其中BIS用量为AM的1 mol%。所得前驱体溶液置于冰浴中以200 rpm搅拌，直至所有组分完全溶解并均匀分散。然后将溶液离心去除混合过程中产生的气泡。脱气后，加入APS和TEMED作为引发剂，轻轻搅拌直至获得均匀的前驱体溶液。最后，将配制好的溶液转移至聚四氟乙烯模具中，静置12 h完成凝胶化，得到温度响应PT-HPC/P(AM-co-ILs)凝胶，记为PT-HP。

**2.3 水凝胶中聚合物网络的调控**

本研究分别调控不同聚合物网络，以系统研究水凝胶的温度响应机制和介电性能调控。对两种聚合物网络调控体系进行了修饰实验。对于第一个网络，引入不同浓度的羟丙基纤维素（0%、0.25%、0.5%和0.75%），所得水凝胶样品分别命名为PT-H1P、PT-H2P、PT-H3P和PT-H4P。对于第二个网络的调控，选取PT-H3P作为正交实验设计中的交叉样品。通过引入不同AM与离子液体质量比的P(AM-co-ILs)网络（10:0、10:2、10:4和10:6），对应水凝胶分别记为PT-HP1、PT-HP2、PT-HP3和PT-HP4。本研究采用正交实验设计，其中PT-H3P和PT-HP3对应相同的交叉点，代表同一水凝胶样品。为方便趋势比较和保持样品命名一致性，该样品在整个论文中统一称为PT-(HP)?。

**2.4 材料表征**

使用高分辨傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet iS50，Thermo Scientific）表征化学组成和分子间相互作用。利用差示扫描量热仪（DSC214，NETZSCH，德国）分析水凝胶的热响应和相变行为。使用电子万能试验机（MTS CMT5105，MTS工业系统（中国）有限公司）对水凝胶样品及其对照样品进行拉伸测试。利用电化学工作站（CHI760E，CHI Instruments，上海，中国）测量水凝胶在90°弯曲变形和200%拉伸应变下反复循环测试中的相对电阻变化。

**2.5 电磁测量**

所有样品的电磁波参数通过Anritsu MS46322B矢量网络分析仪（VNA，日本）进行测量。根据传输线理论，反射损耗（RL）值评估如下：

$$RL = 20\lg\left|\frac{Z_{in} - Z_0}{Z_{in} + Z_0}\right| \tag{1}$$

$$Z_{in} = Z_0\sqrt{\mu_r\epsilon_r}\tanh\left(j\frac{2\pi fd}{c}\sqrt{\mu_r\epsilon_r}\right) \tag{2}$$

其中，$Z_{in}$（Ω）和$Z_0$（Ω）分别代表电磁波吸收材料的输入阻抗和自由空间阻抗；$\epsilon_r$（$\epsilon_r = \epsilon' - j\epsilon''$）和$\mu_r$（$\mu_r = \mu' - j\mu''$）分别表示相对复介电常数和复磁导率；$d$（m）为电磁波吸收材料的厚度，$c$（m·s?1）为真空中的光速，$f$（Hz）为频率。

**2.6 雷达散射截面（RCS）仿真**

基于远场响应，使用CST软件进行雷达散射截面（RCS）仿真。具体而言，仿真模型由上层吸波层和下层理想电导体（PEC）层组成。吸波层的厚度设置为对应最小反射损耗（RL$_{min}$）的值，PEC层厚度固定为1.0 mm。各层的长和宽均设计为100 mm。模型放置在XOY平面上，入射平面波沿z轴负方向传播。电极化方向与z轴对齐。采用开放边界条件，场监测频率根据PT-HP水凝胶样品RL$_{min}$的位置分别选取。

**3. 结果与讨论**

**3.1 温度响应双网络微波吸收水凝胶的开发**

羟丙基纤维素（HPC）作为一种典型的温度响应材料，基于可逆相变过程工作。仅由HPC组成的水凝胶表现出固有的柔软性和失水倾向，限制了其实际应用。基于引入双网络结构以提高机械性能和长期稳定性的成熟优势，本研究将P(AM-co-ILs)引入HPC基体中，构建了HPC/P(AM-co-ILs)双网络水凝胶（图1a）。

具体而言，首先将HPC溶解于水中形成均匀粘稠溶液。在水凝胶形成过程中，HPC链通过氢键相互作用和链缠结建立物理缔合网络，而AM基网络则由BIS共价交联。随后，丙烯酰胺单体与离子液体充分混合。最后，在BIS作为交联剂存在的条件下，由APS/TEMED引发体系引发AM的聚合。在此过程中，P(AM-co-ILs)链上的丰富酰胺基团与HPC链上的多个羟基形成广泛的氢键相互作用，导致强链缠结并形成坚固的温度响应双网络水凝胶。在该水凝胶体系中，P(AM-co-ILs)的高极性显著增强了水凝胶的刚性和稳定性，而HPC则通过其羟丙基侧链的氢键缔合提高了柔韧性和弹性。此外，与传统水凝胶相比，双网络结构有效延缓了水分蒸发，提高了机械性能和电磁吸收性能的稳定性。更重要的是，双网络结构保留了HPC的温度响应行为，使水凝胶能够响应温度变化发生可逆相变。

以PT-(HP)?样品为代表，我们评估了PT-HP水凝胶的温度响应行为，如图1b所示。HPC链上的羟基可与水分子形成氢键，温度变化会显著影响亲水基团与水之间形成的氢键强度和数量。当温度低于下临界溶液温度（LCST）时，体系中的聚合物保持溶胀状态，HPC链与水分子之间的相互作用较强，亲水相互作用占主导，HPC链保持均匀分散。然而，一旦温度升高超过LCST，这些氢键被破坏，HPC链之间的疏水相互作用增强。这促进了链缠结和聚集，导致水溶性降低。因此，体系从亲水状态转变为疏水状态，最终导致相分离。该过程使水凝胶在宏观上变为不透明或浑浊状态。相反，当温度再次降至LCST以下时，氢键重新形成，HPC链从疏水聚集状态恢复为亲水分散状态，水凝胶在宏观上重新变得透明。

**3.2 PT-HP水凝胶的结构表征与多功能性能**

为确认双网络水凝胶的成功制备及其相变行为，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征水凝胶的化学组成和分子间相互作用，同时利用差示扫描量热法（DSC）分析其热行为。

如图 2a 和 S1 所示，丙烯酰胺单体中 1630 cm?1 处的 C=C 伸缩振动特征吸收峰在水凝胶的 FTIR 光谱中消失了。这一结果直接证实了丙烯酰胺单体通过不饱和双键的加成聚合转化成了饱和聚合物网络，表明丙烯酰胺成功聚合。此外，当共聚物 P(AM-co-ILs) 引入系统后，观察到特征官能团的 FTIR 吸收峰出现明显的红移。-OH 的特征吸收峰从 3371 cm?1 移至 3352 cm?1，而 CO 的吸收峰从 1664 cm?1 移至 1658 cm?1。这些红移表明 P(AM-co-ILs) 与羟丙基纤维素之间形成了氢键相互作用。这些氢键充当关键的物理交联点，实现了两种聚合物网络的互穿和紧密缠结，从而证实了双网络结构的成功生成 [26,27]。

图 2. (a) PT-HP 水凝胶的 FTIR 光谱；(b) PT-HP 水凝胶的 DSC 曲线；(c) 温敏双网络水凝胶在不锈钢、玻璃、塑料、纸张和泡沫上的粘附机制和粘附演示；(d) 水凝胶的应力 - 应变曲线；(e) 水凝胶的韧性 - 杨氏模量关系；(f1) 水凝胶在 90°弯曲循环下的电阻变化以及 (f2) 水凝胶在 200% 应变循环拉伸下的相对电阻变化；(g) PT-HP 在室温下进行各种变形测试的光学图像，包括压缩、穿刺、打结、扭转和拉伸，以及支撑 250 g 外重的情况。

通过差示扫描量热法 (DSC) 分析了水凝胶的热响应和相变行为。在纯羟丙基纤维素 (HPC) 体系中，低临界溶解温度 (LCST)，即相变温度为 42 °C [28]。图 2b 展示了 PT-(HP)? 双网络水凝胶的 DSC 曲线。结果表明，该水凝胶的相变温度降低至 40.2 °C，比纯 HPC 体系低 1.8 °C。相变温度的降低可归因于双网络结构的形成。P(AM-co-ILs) 网络中的酰胺基团与 HPC 的羟基以及系统中的作用水分子相互作用，在两个网络间形成多个氢键。这些相互作用不仅削弱了 HPC 与水分子之间的水合，还影响了 HPC 链上水合层的结构稳定性。HPC 的 LCST 本质上与其分子链的水合与脱水之间的转变有关。因此，氢键引起的水合系统扰动打破了这种平衡，并促进 HPC 链在较低温度下发生疏水聚集。结果，相变温度向较低值偏移。

为了紧密贴合各种复杂的曲面，例如人体皮肤和设备表面，电磁波吸收水凝胶的粘附能力对于扩大其应用范围至关重要。如图 2c 所示，PT-HP 水凝胶可以粘附在不同形状的表面，并表现出对各种材料的粘附能力，包括不锈钢、玻璃、塑料（聚丙烯）、纸张和塑料泡沫，无需额外的粘合剂。这表明其在不同基材上具有广泛的应用潜力。PT-HP 水凝胶的强粘附性主要源于其聚合物网络中丰富的活性官能团，如氨基 (-NH?) 和羟基 (-OH)。这些基团可以与不同基材表面的活性基团形成非共价相互作用，从而实现粘附。具体来说，PT-HP 水凝胶中的 -NH? 和 -OH 基团可以快速与被粘附基材上的 -OH 基团或其他含 N、O 或 F 的官能团形成氢键，这提供了主要的粘合力。以金属基材为例，-NH? 和 -OH 基团可以很容易地与金属离子形成配合物，从而产生良好的粘附 [29,30]。此外，水凝胶碳骨架与疏水基材之间的疏水相互作用，以及共同的范德华相互作用，也对提高粘附性能做出了重要贡献。

为了评估材料的机械性能，使用万能试验机对水凝胶样品及其对照样品进行了拉伸测试。典型的应力 - 应变曲线如图 2d 所示。PT-HP 水凝胶的机械性能明显优于单网络水凝胶。具体来说，PT-HP 的断裂伸长率和拉伸强度分别增加至 510% 和 90 kPa。水凝胶的断裂韧性和杨氏模量进行了计算，如图 2e 所示。改性后，水凝胶的杨氏模量和断裂韧性分别从 50 kPa 和 80 kJ m?3 增加到 65 kPa 和 305 kJ m?3。这些结果强有力地证明了双网络设计在增强水凝胶机械性能方面的重要性。PT-HP 水凝胶的机械稳定性主要源于通过氢键相互作用形成的致密双网络结构 [31]。图 2g 直观地展示了水凝胶的多功能机械性能。该水凝胶可以承受高达 50% 的压缩变形，并表现出即时且完全的弹性恢复。它还可以耐受各种复杂的变形操作，包括穿刺、打结、扭转和拉伸，并且可以轻松地支撑 250 g 的外部重量。在所有这些操作中，水凝胶样品均未观察到可见的结构损伤或永久变形，证实了其可靠的机械强度和韧性，以及保持结构完整性的卓越能力。

为了评估制备的 PT-HP 温敏双网络水凝胶在可穿戴电磁防护中的应用潜力，并验证其在动态服务条件下的性能稳定性，测试了其传感性能。主要研究了 PT-HP 水凝胶在拉伸和弯曲变形下的响应行为和稳定性。图 2f1 和 f2 分别展示了 PT-HP 水凝胶在 90°弯曲变形和 200% 拉伸应变下重复循环测试期间的相对电阻变化。结果表明，PT-HP 水凝胶的相对电阻随施加的应变而变化，表明其具有良好的传感性能。在重复循环测试期间，传感器产生了高度一致的响应信号，显示出在测试循环期间的可重复电阻响应。这一特性不仅证实了 PT-HP 水凝胶的应变传感能力，还展示了其在可穿戴电磁防护设备反复变形下应变传感应用的潜力。

3.3. 温敏双网络水凝胶的电磁波吸收性能
为了系统地阐明 PT-HP 水凝胶系统调节对电磁波吸收性能的影响，基于传输线理论 (公式 (1) 和 (2)) 对样品进行了评估，如图 3a 和 b 所示。所有 PT-HP 样品都表现出一定程度的电磁波吸收能力。其中，与 PT-(HP)? 具有相同组成的 PT-H3P 表现出最佳的电磁波吸收性能。在 2.25 mm 的匹配厚度下，其实现了 6.80 GHz 的 EAB。当厚度减小至 1.9 mm 时，其 RL 低至 -21 dB，表明水凝胶可以吸收高达 99% 的入射电磁波。这种近乎完全的吸收突显了其优异的电磁防护潜力。进一步分析表明，通过调整样品厚度，PT-(HP)? 和 PT-HP4 的 EAB 可以完全覆盖整个 X 波段或 Ku 波段。这意味着在特定的相应厚度下，水凝胶可以在 8.2-12.4 GHz 或 12.4-18 GHz 的频率范围内实现电磁波的全波段吸收。这一特性为这类双网络水凝胶在特定频段的电磁防护应用提供了重要支持。

图 3. (a) 不同厚度的 PT-H1-4P 样品的反射损耗 (RL) 曲线；(b) 不同厚度的 PT-HP1-4 样品的 RL 曲线；(c) PT-HP 水凝胶与其他相关微波吸收材料的性能对比。

此外，与各种广泛报道的电磁波吸收材料相比，PT-HP 双网络水凝胶表现出明显的整体性能优势。如图 3c 所示，与传统或主流微波吸收材料（如单网络水凝胶、多孔气凝胶和纳米铁氧体 [[32], [33], [34], [35], [36], [37], [38], [39]]）相比，PT-HP 水凝胶在宽带响应覆盖和轻质厚度设计方面显示出显著优势。这些结果不仅证实了设计策略的合理性和可行性，还突出了该水凝胶材料在先进电磁波吸收工程中的应用价值和广阔前景。

3.4. 温敏双网络水凝胶的电磁波衰减机制
为了进一步分析不同聚合物网络对水凝胶样品电磁参数的影响，不同组成样品的相对复介电常数及其变化趋势如图 4a 和 b 所示。根据测量数据，当在 PT-H1-4P 系统中调节第一个聚合物网络时，水凝胶样品的介电常数先增加后减少。相比之下，当在 PT-HP1-4 系统中调节第二个聚合物网络时，水凝胶样品的介电常数随着 AM-co-ILs 共聚比的增加而逐渐降低。这种行为可以用两种聚合物网络的不同作用来解释。对于第一个聚合物网络，HPC 含有大量的羟基。在低浓度下，这些羟基形成的氢键网络促进了偶极的取向排列并增强了极化响应。同时，羟基也可以作为极性官能团，从而改善介电性能 [40]。此外，氢键有助于改善电导性 [41,42]。由于 ε″与电导率呈正相关，增强的电导率进一步增强了介电响应。 However, as the HPC concentration increases, chain entanglement leads to excessive hydrogen-bond crosslinking, which restricts dipole reorientation. 此外，在高浓度下没有引入额外的极化位点，最终导致介电参数下降。对于第二个聚合物网络，丙烯酰胺中的酰胺基团可以形成氢键，而离子液体提供离子极性官能团。随着 ILs 含量的增加，丙烯酰胺单元之间的氢键被破坏，离子聚集降低了电荷传输效率。考虑到介电常数虚部与电导率之间的正相关性，降低的传输效率进一步削弱了介电响应。此外，共聚后更强的化学键合降低了偶极流动性，导致极化响应和电荷传输效率同时下降。结果，介电常数持续下降。

图 4. (a) PT-HP1-4 水凝胶的相对复介电常数变化；(b) PT-H1-4P 水凝胶的电磁参数变化，包括实部和虚部；(c) 相变后的 EAB；(d) PT-HP 水凝胶在 X 波段和 Ku 波段的模拟 RCS 曲线；(e) PT-HP 水凝胶的电磁波吸收机制示意图。

为了进一步分析水凝胶的介电损耗机制，获得了所有样品的 Cole-Cole 图，如图 S3 所示。根据德拜理论，每个向下的半圆代表一个极化弛豫过程，而线性尾部表示导电损耗的贡献 [43]。根据电磁参数和 Cole-Cole 图，所有样品都表现出明显的极化弛豫峰和特征半圆弧，证实了极化损耗的存在。非理想半圆进一步表明导电损耗也对整体介电损耗做出了贡献。因此，水凝胶的介电损耗主要源于极化损耗和导电损耗的共同作用，其中极化损耗起主导作用。值得注意的是，PT-(HP)? 显示出更明显的半圆结构，表明其具有更丰富的弛豫过程和更强的衰减能力。这主要归因于双网络结构的协同效应。HPC 的羟基与 P(AM-co-ILs) 的酰胺基团之间的氢键相互作用改变了局部极性环境并影响了极性基团的迁移率。在交变电磁场下，这些极性区域有助于偶极取向和弛豫，从而增强了极化损耗。同时，氢键还调节了网络间结构和离子迁移的局部环境，间接影响了导电损耗。

然而，过度的氢键相互作用和链缠结可能会限制偶极取向重排，这与介电参数的非单调变化一致 [[44], [45], [46], [47]]。基于测得的电磁参数，利用传输线理论计算了覆盖 X 波段和 Ku 波段的 8.2-18 GHz 范围内 PT-HP 水凝胶的反射损耗（RL）和有效吸收带宽（EAB），以评估其电磁波吸收性能。图 S4 展示了所有 PT-HP 样品在 1.0-5.0 mm 厚度下的 RL。大多数样品在特定的匹配厚度下表现出低于?10 dB 的 RL 值，表明在这些频段内，超过 90% 的入射电磁波可以被有效吸收。值得注意的是，尽管 PT-H1P 表现出最高的相对复介电常数（ε′= 9.07 和 ε″= 5.57），但其吸收性能不及 PT-(HP)3。在 1.80 mm 的匹配厚度下，PT-H1P 表现出?13.8 dB 的最小反射损耗（RLmin）和 5.6 GHz 的最大有效吸收带宽（EAB）。PT-HP1 的 Cole-Cole 图偏离了标准半圆形，表明极化损耗和电导损耗共存，这可能源自氢键网络和偶极极化。明显的线性段表明氢键诱导了强导电性，这与其高电磁参数一致 [48,49]。引入离子液体与丙烯酰胺共聚后，交联密度增加，缩小了离子传输通道，有助于平衡强导电性 [50,51]。因此，PT-HP1 过度的介电响应导致与自由空间严重阻抗失配，限制了电磁波的穿透，导致 EAB 相对较差。PT-(HP)3 优异的吸收性能源于优化的网络组成，它在不过度诱发高介电响应的情况下提供了足够的极化和电荷传输能力。这种成分调节在电磁衰减和阻抗匹配之间建立了有利的平衡 [[52], [53], [54]]。

为了评估温度响应型 PT-HP 水凝胶在电磁防护方面的实际应用潜力，进一步研究了相变前后的吸收性能。将 PT-(HP)3 在恒温加热台上加热至其相变温度以上，本实验选择 45 °C。在水凝胶从透明变为不透明后，立即测量其相对复介电常数。结果显示，热诱导相变后介电常数降低。尽管如此，如图 4c 和 S5 所示，PT-(HP)3 在 2.25 mm 处仍实现了 6.03 GHz 的 EAB。热相变后，HPC 网络脱水减弱了与水相关的极化响应，导致介电参数降低。然而，P(AM-co-ILs) 网络保留了极性酰胺基团和可移动离子，通过偶极弛豫、离子迁移和界面极化持续提供介电损耗途径。这些机制部分补偿了与水相关的介电损耗的减少。此外，由于电磁波（EMW）吸收取决于衰减能力与阻抗匹配之间的平衡，而不仅仅取决于介电参数的大小，介电常数的适度降低可能有助于保持合适的阻抗匹配，从而使 PT-(HP)3 在相变后仍能保持宽的 EAB。这种在热刺激下保持宽吸收带宽的能力为智能电磁防护器件提供了重要的材料基础。

从双网络协同机制来看，加热至相变点会破坏 HPC 网络中的部分氢键并增强疏水相互作用，导致链收缩、水释放和介电常数降低。然而，含有丰富极性酰胺基团和可移动离子的 P(AM-co-ILs) 第二网络在相变后仍可通过偶极弛豫和离子迁移贡献介电损耗。协同的双网络结构有助于在热相变后保持电磁波吸收性能。加热至 45 °C 后保留的宽 EAB 证明了 PT-(HP)3 在所研究的相变条件下保持有效电磁衰减的能力。

图 4d 和 S6 分别展示了完美电导体（PEC）模型和涂覆有 PT-HP 吸波材料的 PEC 模型的三维雷达散射信号分布。当电磁波照射到模型上时，涂覆有 PT-HP 的 PEC 模型在 X 波段和 Ku 波段下的雷达散射强度均显著低于裸露的 PEC 基底，证实了 PT-HP 吸波材料可以有效降低 PEC 基底的雷达散射截面（RCS）。这一结果与其较高的 RL 性能一致。此外，还研究了样品在 X 波段和 Ku 波段下从?180°到 180°全检测角度范围内的二维 RCS 分布。在大多数观测角度下，样品的 RCS 值保持在?10 dB m2 以下，表明其具有强大的衰减入射电磁波和抑制散射的能力。这些结果表明，大多数入射电磁波可以被有效吸收。总体而言，本研究制备的材料表现出优异的微波吸收性能，在微波隐身、电磁干扰抑制及相关领域显示出广阔的应用前景。

基于电磁参数、Cole-Cole 图和 RCS 模拟结果，PT-HP 温度响应型双网络水凝胶的电磁波吸收机制主要归因于双网络结构引起的介电损耗补偿，以及电导损耗和极化损耗的协同效应（图 S3 和 4d）。如图 4e 所示，合适的介电性能和有利的阻抗匹配促进了入射电磁波进入 PT-HP 水凝胶。随后，互穿双网络结构内的多次反射、散射和传输延长了电磁波传播路径。同时，丰富的异质界面增强了界面极化和介电弛豫，从而促进了电磁能量衰减并提高了整体微波吸收性能 [[55], [56], [57], [58], [59]]。

在该系统中，HPC 网络主要提供温度响应行为。当温度超过相变温度时，HPC 链发生水合 - 脱水转变，伴随部分氢键断裂、疏水相互作用增强、链收缩和水的释放。这些变化减弱了水凝胶基体的富水状态和部分极化响应，导致介电参数降低。相比之下，P(AM-co-ILs) 网络含有大量酰胺基团、离子液体成分和可移动离子，在加热导致失水后仍能持续提供极化位点和电荷传输路径。因此，它补偿了由 HPC 相变和水的释放引起的介电损耗下降，使 PT-HP 水凝胶在热刺激后仍能保持宽的吸收带宽。具体来说，P(AM-co-ILs) 网络中的离子液体提供可移动离子，它们在交变电磁场下发生定向迁移并产生离子电导损耗。同时，HPC 与 P(AM-co-ILs) 之间的氢键有助于构建连续或半连续的电荷传输路径，进一步促进电荷迁移和电导损耗。此外，HPC 中丰富的-OH 基团与 P(AM-co-ILs) 中的极性基团（如-NH2 和 CO）相互作用，形成氢键化的局部极性区域。这些极性位点在交变电磁场下发生偶极取向重排和弛豫，产生偶极极化损耗。两个网络界面处的电荷积累进一步增强了界面极化。

4. 结论
通过将 P(AM-co-ILs) 引入 HPC 基体，成功构建了一种具有介电损耗补偿的温度响应型双网络水凝胶。HPC 网络提供可逆的热响应性，而 P(AM-co-ILs) 网络提供极性基团和可移动离子以调节介电响应。由此产生的双网络结构还改善了机械性能，并赋予水凝胶粘附和应变传感能力。通过优化网络组成，PT-(HP)3 在 2.25 mm 厚度下实现了 6.80 GHz 的有效吸收带宽，并在加热至 45 °C 后保留了 6.03 GHz 的宽 EAB。两个网络的协同作用使得能够通过多种极化和电荷传输过程（包括界面极化）有效调节介电损耗，从而有助于在热相变后保持宽带电磁波吸收。本工作为设计具有温度响应吸收能力的柔性和多功能水凝胶基电磁波吸收剂提供了一种可行的策略。

CRediT 作者贡献声明
赵文跃：撰写 - 原稿，软件，方法论，概念化。谢心月：资源，调查，数据整理。惠生聪：撰写 - 审阅与编辑。刘兴民：撰写 - 审阅与编辑。张利敏：撰写 - 审阅与编辑。李巧磊：撰写 - 审阅与编辑，资金获取。吴洪静：撰写 - 审阅与编辑，监督，资金获取。Paolo Colombo：撰写 - 审阅与编辑，监督。

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