基于导电-相变-形状记忆一体化骨架的可量产多功能复合泡沫用于电磁干扰屏蔽与红外隐身应用

《Polymer》：Mass-produced multifunctional composite foams based on an electrical conductivity-phase change-shape memory integrated skeleton toward electromagnetic interference shielding and infrared stealth applications

　　

研究人员开发了一种基于导电-相变-形状记忆一体化骨架的多功能乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）/石蜡（PW）/热膨胀微球（TEM）/多壁碳纳米管（MWCNTs）（EPTM）复合泡沫，采用TEMs作为发泡剂，通过直接发泡EVA/PW/MWCNT相变复合材料制备而成。得益于多尺度约束机制，EPTM泡沫表现出优异的封装性能和热能存储性能，尺寸保持率接近100%，热焓高达116.5 J/g。同时，EVA与PW的互补作用赋予骨架形状记忆效应。该一体化骨架结构还促进了三维导电网络的有效构建，使EPTM泡沫具备绿色电磁干扰（EMI）屏蔽功能，吸收系数达0.62。最终，通过多孔结构与PW的协同效应，该材料实现了红外隐身功能，其与热源的温差约为40 ℃。该设计兼具多功能性与绿色简便的制备工艺，为可量产先进隐身材料的开发提供了新范式。

研究背景与意义

随着信息技术与集成电路技术的发展，现代工业设备趋向高集成、复杂化和高效运行，但也带来了热量积聚和电磁辐射增加的问题，使设备的热信号和电磁特征易被现代探测系统捕获。这不仅可能泄露关键设备的运行状态与敏感信息，还存在安全隐患，尤其在军事领域，雷达与红外侦察手段常协同工作以提高探测效率。因此，开发兼具电磁干扰（EMI）屏蔽与红外隐身功能的先进材料，对保障设备安全和提高军事装备隐蔽性具有重要价值。

目前的主流方法是对商业泡沫表面改性，或将导电填料引入自制三维多孔材料中，但这些方法在热绝缘性能、机械强度及规模化生产方面存在局限。相变材料（PCMs）因可在相变过程中吸收或释放潜热而被广泛用于温度调节，但其刚性高、易泄漏和热导率低的问题限制了应用。最新研究尝试将相变微胶囊引入三维导电骨架，但仍面临潜热有限、结构不稳定和难以大规模生产的挑战。为此，研究人员提出了一种空间耦合导电网络与相变单元的设计理念，通过直接发泡含导电填料的相变复合材料，实现导电-相变-形状记忆一体化骨架，以优化EMI屏蔽与红外隐身的综合性能。该论文发表于《Polymer》。

关键技术方法

研究人员采用熔融共混工艺，将多壁碳纳米管（MWCNTs）和热膨胀微球（TEMs）引入乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）/石蜡（PW）体系中，随后加热触发TEMs膨胀，实现EVA/PW/MWCNT复合材料的原位发泡，形成多功能EPTM复合泡沫。该方法避免了传统发泡的成核阶段，直接获得闭孔均匀球形泡孔结构，有利于控制形态并增强封装稳定性。研究通过调控基体类型、发泡剂含量及加工条件优化泡孔结构，并结合扫描电子显微镜（SEM）、热性能测试及电磁屏蔽效能评估等手段表征材料的结构与性能。

研究结果

Preparation and property characterization of the EVA/PW/TEM foams

通过对EVA/PW/TEM泡沫的发泡工艺探索，研究人员发现TEMs的热膨胀行为能够形成均匀的闭孔结构，其泡孔尺寸可通过配方和工艺参数调控，为后续EPTM泡沫的性能优化奠定基础。

Conclusions

该导电-相变-形状记忆一体化骨架由EVA分子链与膨胀TEMs形成的多级约束机制有效抑制了PW的泄漏，使EPTM复合泡沫在保持高尺寸稳定性的同时具备高热焓（116.5 J/g）。EVA作为固定相、PW作为可逆相，赋予材料形状记忆效应，使其可适应复杂轮廓并便于安装拆卸。三维导电网络的形成提升了EMI屏蔽性能，吸收系数达0.62，体现了绿色屏蔽特性。多孔结构与PW的协同作用使材料表面温度显著低于热源，温差约40 ℃，实现红外隐身功能。

讨论与结论翻译

研究表明，通过TEMs直接发泡EVA/PW/MWCNT相变复合材料，可成功构建导电-相变-形状记忆一体化骨架，实现EMI屏蔽与红外隐身的协同优化。该骨架不仅具备优异的PW封装稳定性和热能存储性能，还通过三维导电网络实现高效的电磁波吸收，并利用多孔结构的隔热效应与PW的吸热效应延长红外隐身时长。此外，形状记忆效应提升了材料的实用性与适应性。该工艺兼容常规聚合物熔融加工技术，具备大规模生产潜力，为多功能隐身材料的开发与应用提供了新思路。