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華工郭建華、蔣興華團(tuán)隊(duì) CEJ：具有優(yōu)異吸波性能和紅外/微波刺激響應(yīng)形狀記憶功能的自修復(fù)型FCIP/RGO/PUU柔性復(fù)合材料

2025-04-20 來源：高分子科技

關(guān)鍵詞：優(yōu)異吸波性能紅外/微波刺激響應(yīng)形狀記憶自修復(fù) 柔性復(fù)合材料

隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，電磁波輻射污染對(duì)人體健康和高靈敏度通訊設(shè)備的不利影響逐漸引起公眾的關(guān)注。因此，開發(fā)具有“厚度薄、質(zhì)量輕、頻帶寬、吸收強(qiáng)”電磁波吸收能力的高性能吸波材料，對(duì)保障人體健康和通訊設(shè)備的正常運(yùn)行非常重要。然而，傳統(tǒng)的電磁波吸收材料通常存在厚度大、柔性差、功能單一、無法自修復(fù)等瓶頸問題，限制了其在特定環(huán)境下的應(yīng)用。

為此，華南理工大學(xué)郭建華教授和蔣興華研究員團(tuán)隊(duì)通過等離子輔助球磨法制備具有核殼結(jié)構(gòu)的羰基鐵粉（FCIP）/還原氧化石墨烯（RGO）雜化粉體，該粉體表面豐富的活性官能團(tuán)使粉體能夠作為交聯(lián)中心，與合成的聚氨酯脲（PUU）彈性體進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，制得具有優(yōu)異力學(xué)性能和電磁波吸收性能的FCIP/RGO/PUU復(fù)合材料（圖1），其拉伸強(qiáng)度高達(dá)49.2 MPa，斷裂伸長率超過1100%。雜化粉體表面形成額外的缺陷和極性官能團(tuán)，使得極化損耗最高提升3倍，電磁波損耗機(jī)制更加豐富，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁波的磁/電協(xié)同損耗（圖2）。隨著RGO含量的增加，雜化粉體之間的等離子共振增強(qiáng)，結(jié)合1/4波長干涉效應(yīng)，FR-2/PUU復(fù)合材料在厚度為1.76 mm時(shí)展現(xiàn)了特殊的連續(xù)雙峰吸收，材料的的有效吸收帶寬（EAB）達(dá)到7.03 GHz（10.97-18.00 GHz），最小反射損耗（RL_min）為?52.31 dB（圖3）。此外，利用PUU基體中的動(dòng)態(tài)二硫鍵和多重氫鍵，以及FCIP/RGO雜化粉體對(duì)微波-紅外光的刺激響應(yīng)，使復(fù)合材料能快速自修復(fù)，經(jīng)過1 h微波加熱后復(fù)合材料的力學(xué)性能修復(fù)效率和吸波性能修復(fù)效率分別達(dá)到93%和95%。在經(jīng)過5次回收再加工后，材料的拉伸強(qiáng)度可以保持90%以上，且有效吸收帶寬基本不變，展現(xiàn)出良好的可循環(huán)利用性。同時(shí)，該復(fù)合材料還具有對(duì)紅外和微波響應(yīng)的形狀記憶能力（圖4和圖5）。FCIP/RGO/PUU復(fù)合材料在可穿戴設(shè)備、可變形機(jī)器人和電磁防護(hù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。該研究成果以題目“FCIP/RGO Functional Core-Enhanced Flexible Microwave Absorption Composites with Shape Memory Properties and Rapid Self-Healing Abilities Activated by Infrared and Microwave Stimuli”發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。論文第一作者是華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生閆曉，通訊作者是華南理工大學(xué)郭建華教授。該研究得到包括廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2024B0101040003）、國家自然科學(xué)基金（12274095），廣東省自然科學(xué)基金（2025A1515010389）和中山市重大科技項(xiàng)目（2020AG022）等資助。