隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的快速發(fā)展，急劇增加的各種無線通信系統(tǒng)和高頻電子器件導(dǎo)致電磁干擾現(xiàn)象和電磁輻射污染問題日益突出。電磁屏蔽材料能夠通過吸收和反射的方式衰減電磁波能量以有效抑制電磁干擾和電磁輻射污染，在保護(hù)設(shè)備正常工作和人類健康方面發(fā)揮著極其重要的作用。和傳統(tǒng)金屬基材料相比，導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料用于電磁屏蔽具有輕質(zhì)、易加工、耐化學(xué)腐蝕和性能可調(diào)的優(yōu)勢，已被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛關(guān)注。另一方面，日益復(fù)雜的應(yīng)用條件使得對在外部刺激下具有方便性能調(diào)節(jié)的智能屏蔽材料的需求不斷增加。前期，研究人員報(bào)道了利用濕度實(shí)現(xiàn)多孔電磁屏蔽材料性能的有效調(diào)節(jié)，然而濕度很難在大氣環(huán)境中被精確控制。

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高分子實(shí)驗(yàn)室鄭文革研究員和沈斌副研究員團(tuán)隊(duì)一直致力于高效電磁屏蔽材料的開發(fā)，在前期工作中設(shè)計(jì)了具有鋸齒形折疊結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度柔性聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜，并通過對鋸齒形折疊結(jié)構(gòu)的拉伸或壓縮實(shí)現(xiàn)了復(fù)合薄膜屏蔽性能的有效調(diào)控（Carbon, 2017, 113, 55-62）。類似地，團(tuán)隊(duì)也使用溶液涂覆的技術(shù)制備了具有優(yōu)異彈性且具有開孔結(jié)構(gòu)的石墨烯涂層PU泡沫，并通過簡單的機(jī)械壓縮回復(fù)來改變多孔結(jié)構(gòu)對電磁波的多重反射/散射衰減能力，從而實(shí)現(xiàn)了對泡沫材料屏蔽性能的有效調(diào)控（ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8, 8050-8057）。但是，上述復(fù)合泡沫材料的局限性在于，在性能調(diào)節(jié)過程中如果沒有外力就無法固定SE（屏蔽效能）值，因?yàn)楫?dāng)去除外力時(shí)材料的機(jī)械變形將恢復(fù)。因此，仍然有必要探索新思路來設(shè)計(jì)并制備新型智能屏蔽材料，使其能夠在自固定機(jī)械變形下實(shí)現(xiàn)便捷的性能調(diào)控。

形狀記憶聚合物（Shape Memory Polymer，簡稱SMP)，是指具有初始形狀的制品在一定的條件下改變其初始形狀并固定后，通過外界條件（如熱、電、光、化學(xué)感應(yīng)等）的刺激又可恢復(fù)其初始形狀的高分子材料。利用這個(gè)優(yōu)勢，該團(tuán)隊(duì)提出“在三維導(dǎo)電碳泡沫中引入形狀記憶聚合物來實(shí)現(xiàn)高效泡沫電磁屏蔽材料自固定機(jī)械變形下屏蔽性能的可控調(diào)節(jié)”的新思路（圖1）。研究人員首先以天然Balsa木作為原料，先后通過化學(xué)處理、冷凍干燥和碳化制備出了可壓縮的三維導(dǎo)電碳泡沫材料。隨后通過TPI（反式1,4-聚異戊二烯）和MXene的混合溶液包覆，得到了具備形狀記憶功能的復(fù)合泡沫電磁屏蔽材料（TPI-M/CF）。該材料在厚度～2-10mm和密度～150mg/cm3下具備25.3-44.7dB的優(yōu)異屏蔽性能，而且屏蔽效能SE值可以根據(jù)不同壓縮應(yīng)變在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)（例如當(dāng)壓縮應(yīng)變從0增加到30％和60％時(shí)，MXene含量為10wt%的樣品SE值從36.7變?yōu)?8.1dB和23.0dB）。同時(shí)，憑借TPI的形狀記憶骨架，泡沫材料可以在溫度調(diào)控（熱/電刺激）下實(shí)現(xiàn)壓縮形變的自固定和形狀恢復(fù)（圖2），從而實(shí)現(xiàn)在自固定機(jī)械變形下屏蔽性能的可控調(diào)節(jié)?；谶@一功能，我們可以實(shí)現(xiàn)該復(fù)合泡沫電磁屏蔽材料的屏蔽效能在有效范圍（SE＞20dB）內(nèi)可調(diào)或在低效弱屏蔽（SE＜20dB）和有效強(qiáng)屏蔽（SE＞20dB）之間智能切換（如圖3）。相關(guān)結(jié)果已發(fā)表于國際期刊Chemical Engineering Journal, 2021, 405, 126927。

上述工作得到了寧波市科技創(chuàng)新2025重大專項(xiàng)（2018B10054）、寧波市自然科學(xué)基金（2018A610004）和國家自然科學(xué)基金（51603218）的大力資助。

圖1 自固定機(jī)械變形下屏蔽性能可調(diào)的形狀記憶復(fù)合泡沫電磁屏蔽材料

圖2 TPI-M/CF復(fù)合泡沫材料的熱/電刺激形狀記憶功能演示

圖3 TPI-M/CF復(fù)合泡沫材料的屏蔽效能在有效范圍（SE＞20dB）內(nèi)可調(diào)或在低效弱屏蔽（SE＜20dB）和有效強(qiáng)屏蔽（SE＞20dB）之間智能切換