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  由于通訊技術，電子設備的快速發展和數字系統的頻繁使用，電子設備產生的電磁輻射和溫度控制問題已經引起了廣泛的社會關注。長期暴露于高頻電磁輻射不僅會對電子設備的精度造成影響，還會對相關操作人員的身體健康造成不可逆的傷害。此外，高頻輻射帶來的熱量集中也會對生命財產安全造成致命的威脅。將相變材料（PCM）獨特的顯熱吸收和潛熱釋放特性與電磁屏蔽材料相結合并用于多源熱管理和電磁屏蔽保護被認為是解決上述問題的可行性方案之一。迄今為止，研究者們在制備高效的電磁屏蔽材料方面已做出了巨大努力，包括利用磁滯損耗，介電損耗，電阻損耗等方法制備導電聚合物、金屬反射體以及吸波壓片等在內的多功能復合屏蔽材料。然而，電磁波被削弱的能量會以熱量的形式集中釋放，傳統剛性屏蔽材料無法適應極端的溫度變化以及多樣化的應用需求。這對于趨于精細化的電子產業和通訊技術的發展極其不利。因此，迫切需要開發低成本、柔韌性好以及易于規模化的方法來制備具有溫度管控功能的柔性電磁屏蔽材料，但這樣的工作仍鮮見報道。

  近日，華中科技大學瞿金平院士/盧翔副教授團隊首次報告了一種結合電磁屏蔽與多源驅動相變熱管理的多功能穩定形狀相變材料 (SSPCMs)，用于有效的電磁輻射防護和溫度控制（圖1）。其中利用噴涂法引入MXene納米片使SSPCMs的表面形成了層層堆疊結構的功能層，多層結構有利于通過多重內部反射和吸收來充分損耗電磁波的能量，同時，該結構還有助于材料導電網絡的搭建以及對太陽光的高效吸收（圖2）。其次，復合相變材料具有驚人的熱致柔性，在高溫下能實現優異的形狀記憶（圖3）及自修復功能（圖4）。此外，MXene功能層厚度的增加也可以提高電磁屏蔽效能和電/光熱轉換效率。其中在8.2-12.4 GHz輻射下的SET高達54.1 dB（圖5）, 外加3.0V電壓的升溫速率與降溫速率分別為+0.82 ℃/s和-0.23 ℃/s，~90s內就能升至~100 ℃（圖6），同時在1 kW m^-2模擬光照下的能在~60s內升溫至~80 ℃，相變平臺期長達350s（圖7）。該工作有望在緩解電磁輻射及其伴生的溫度失控領域，以及多源驅動熱管理領域提供新的手段。 

圖1 (a)低成本，可規模化連續制備SSPCM方案; (b)SSPCMs的電磁屏蔽及導電機制。 

圖2 (a-b) SSPCMs表面上不同厚度的MXene層; (c-d) SSPCMs橫截面的SEM與EDS圖像; (e-f) SSPCMs表面的SEM與EDS圖像。

 圖3 (a, b)扭曲和拉伸定型條件下HDIT@PEG matrix (HPM)依靠相變過程進行的熱致形狀記憶行為。 

圖4 (a)復合相變材料 HPM的自修復機制示意圖; (b)光學顯微鏡下HPM的系修復過程。

 圖5 (a-c)不同MXene厚度下的SSPCMs的總體屏蔽效能(SET)、反射損耗(SER)以及吸收損耗(SEA); (d)不同MXene厚度下的SSPCMs的屏蔽系數R值; (e)SSPCMs的最大SET值與最小SET值; (f)SSPCMs的SET與SET/t值對比; (g-i) 不同MXene厚度下的SSPCMs的SET, SER和SEA平均值; (j)電磁屏蔽機理示意圖。 

圖6 (a)不同電壓下SSPCM-4的溫度-時間曲線; (b)外加電壓(3.0V)下的SSPCM-4升-降溫曲線; (c)不同循環次數下的SSPCM-4的電熱曲線; (d)漸變電壓下SSPCM-4的溫度-時間曲線; (e)SSPCM-4在不同外部電壓下的加熱和冷卻循環;(f)外接電壓點亮小燈泡與電熱轉化過程的數碼照片。

圖7 (a)SSPCMs的光熱轉化機制示意圖; (b)不同MXene厚度的SSPCMs的光熱轉化曲線; (c)SSPCM-4的15次光熱循環曲線; (d-g)不同循環次數的SSPCM-4的溫度-時間曲線。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723003315

團隊簡介：

  華中科技大學瞿金平院士團隊自2019年組建至今，主要圍繞多相多組分體系傳遞與反應過程強化、生態難消納物質綠色化替代與再利用、功能材料綠色高效制造與產業化應用開展相關研究工作。團隊與國內外眾多高校、研究機構和企業保持密切合作，目前在研縱向和橫向項目多項，擁有一批先進的高分子材料合成、加工和測試表征儀器設備，具備完善的研究設施和科研條件。團隊常年招收碩士研究生、博士研究生、科研助理、機械工程師和博士后（團隊聯系人：盧翔老師；聯系郵箱：luxiang@hust.edu.cn）

作者簡介：

  盧翔，華中科技大學化學與化工學院副教授、博士生導師，主要研究領域為高分子材料的功能化改性及成型加工新方法、新理論。目前已以第一或通訊作者在Advanced Functional Materials, Chemical Engineering Journal, ACS Applied Materials & Interface, Composites Science and Technology, Composites Part A, Composites Part B等具有重要影響力的國際刊物上發表SCI論文70余篇，主持承擔國家自然科學基金、國家重點研發計劃課題等項目多項。