研究背景

随着电子信息技术的快速发展，电磁干扰和红外隐身技术在在国防工业领域变得越来越重要。其中，电磁干扰不仅会导致电子设备发生故障，还会威胁人体健康。同时，红外探测器可监视和跟踪高于环境温度的设备和人体。因此，开发一种兼具电磁屏蔽和红外隐身的多功能材料，对于保障人体安全和维持电子设备的平稳运行具有重要研究意义。

文章要点

本工作以三维多孔网络结构的聚丙烯酰胺(PAM)有机水凝胶作为柔性基体，十水硫酸钠(SSD)作为储能单元，MXene/PEDOT:PSS杂化填料作为导电填料，通过一步光引发聚合法制备了具有室温柔性、高焓值和高封装率的PMPχ-SSD相变有机凝胶。三维网络结构和表面的甘油可以有效封装SSD相变材料，并实现粘附性和柔性。具有高热焓值和封装率的PMPꭓ-SSD相变有机凝胶可以通过触发SSD结晶来延缓表面温度升高。与此同时，PMPꭓ-SSD相变有机凝胶由于MXene/PEDOT:PSS杂化填料的引入表现出良好的应变传感能力，可以用于监测人体运动。而三维导电网络和多孔结构赋予了相变有机凝胶优异的电磁屏蔽性能，填料含量在1.8 wt%的情况下，其电磁屏蔽效率依然可达99.99%。此外，具有宽温度熔化范围的PMPꭓ-SSD相变有机凝胶可以通过相变过程以潜热形式存储传递的热量，从而实现中低温红外隐身。因此，本工作制备了电磁屏蔽、红外隐身和柔性传感功能一体化的相变有机凝胶，在可穿戴热管理和军事装备等领域具有重要应用前景。

图文展示

图1. PMPχ-SSD相变有机凝胶的合成示意图。

图2. (a)相变有机凝胶的潜热变化示意图。PAM-SSD和PMPχ-SSD在(b)升温和(c)降温过程中的DSC曲线。(d) PMP1-SSD在不同温度下的POM图像。PAM和PMP1-SSD在加热过程中的(e) 、和(f)  变化。(g) SSD和PMPχ-SSD的尺寸维持率曲线。

图3. 相变有机凝胶的(a) EMI SE和(b)平均SE。(c)相变有机凝胶的(反射系数)、(吸收系数)和(透射系数)。(d)电磁干扰屏蔽机理图。(e)与已报道的MXene基屏蔽材料的EMI对比图。

图4. (a)相变有机凝胶的红外隐身机理图。(b)树叶形状的相变有机凝胶在温度升至60 °C时的红外热像图。不同中低温材料覆盖PMPχ-SSD相变凝胶的红外图像：(c)电脑、(d)手和(e)手机。(f)“SWJTU”形状的相变有机凝胶在温度升至60 °C时的红外热像图。

综上，本工作以“Multifunctional MXene/PEDOT:PSS-Based Phase Change Organohydrogels for Electromagnetic Interference Shielding and Medium-Low Temperature Infrared Stealth”为题发表在TOP期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。论文的第一作者为西南交通大学2021级硕士生朱亭钰，通讯作者为西南交通大学化学学院祁晓东副教授和王勇教授。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c01001

该工作是王勇教授团队近期关于柔性相变复合材料研究的最新进展。针对相变材料易脆性断裂、安装困难等问题，王勇教授团队①发展了热塑性弹性体封装相变材料的宏量制备方法，以弹性体为柔性载体，相变材料为热能存储单元，构筑了相变储能与形状记忆功能于一体的相变复合材料。相变复合材料可展现多种变形行为（弯曲、扭转和压缩等），从而实现与受控部件的紧密接触，易于安装在结构紧凑化的电子设备中（Chem. Eng. J., 2024, 479, 147622; Compos. Sci. Technol., 2019, 181, 107714; 2022, 217, 109123; 2024, 250, 110519; Composites Part A, 2022, 162, 107139; 专利ZL 2022 1 0820416.2）。②发展了多孔密胺泡沫高效匹配相变材料的方法，轻质多孔的密胺泡沫不仅赋予相变复合材料高热焓值和封装性能，而且结合密胺泡沫的弹性和相变材料的结晶-熔融转变，相变复合材料在温度刺激下能够实现柔性变形与回复功能（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 19252）。以密胺泡沫为三维模板在其骨架表面组装功能填料网络，构筑了一系列蓄/传热增强（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 46851; 2022, 14, 6057; Composites Part B, 2022, 239, 109962; 专利ZL 2018 1 1334343.6；ZL 2018 1 0750400.2）、光热转换与热能存储（Chem. Eng. J., 2020, 379, 122373; ACS Sustain. Chem. Eng., 2019, 7, 13532; 专利：ZL 2019 1 0123545.4）、电热转换与热能存储（Composites Part A, 2021, 143, 106291; 2021, 146, 106420）的相变复合材料。③发展了水凝胶三维多孔网络原位封装相变材料的方法，利用水凝胶的三维网络高效封装相变材料，通过加热触发相变材料的熔融-结晶转变，相变凝胶表现出可调的模量变化和室温柔性，可用于人体可穿戴热管理（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2024, DOI:10.1021/acsami.4c01001; Compos. Sci. Technol., 2023, 234, 109947; Composites Part A, 2023, 170, 107526; Composites Communications, 2021, 28, 100980）。团队通过探索利用弹性体、密胺泡沫和水凝胶作为支撑骨架构筑柔性相变材料的新方法，将为多功能相变复合材料的结构设计和性能调控提供有益借鉴。