这项研究的主要作者是 Xiao Dai、Jia Zhou、Zenan Ma、Jiali Chen、Bin Shen*、Chunyang Mu、Aina He、Yaqiang Dong、Qikui Man 和 Jiawei Li*。作者所属机构包括中国科学院宁波材料技术与工程研究所（CAS Key Laboratory of Magnetic Materials and Devices and Zhejiang Province Key Laboratory of Magnetic Materials and Application Technology）、中国科学院大学材料科学与光电技术学院（College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences）以及电子科技大学材料与能源学院（School of Materials and Energy, University of Electronic Science and Technology of China）。研究成果发表在期刊《Small Structures》，文章编号为 2300405，发表时间为 2024 年。
这项研究的背景领域是电磁干扰屏蔽（Electromagnetic Interference Shielding, EMI Shielding）。随着电子科学技术的发展，电子设备的使用量持续增长，尤其是可穿戴设备和通信技术的快速发展，导致电磁环境变得日益复杂。电子产品会释放不同频率的电磁波，进而引发电磁干扰（EMI），这不仅对精密电子设备的运行造成干扰，也可能对人类健康产生影响。为了减少 EMI 的危害，研究电磁屏蔽材料成为重要课题。
研究人员指出，开发具有调节屏蔽效果的智能 EMI 屏蔽材料是当前研究热点，尤其是能够实现“开/关”（on/off）切换屏蔽的材料非常具有吸引力。这些材料需要在“关”状态下具有接近 0 dB 的屏蔽效果，而在“开”状态下具备高于 20 dB 的屏蔽能力。然而，这方面的研发面临诸多挑战。传统金属材料和导电纺织材料存在重量过大、加工复杂和柔性差等问题，而软磁性非晶合金因其高机械强度、耐腐蚀、磁导率高和良好的低频屏蔽效果成为一个有效的解决方案。
本研究旨在开发基于一种新结构的 Co 基非晶丝（Amorphous Wires, AWs）的 EMI 屏蔽复合材料，并探讨其屏蔽效果的可调性，尝试通过简单的材料设计和双层构造实现更大的屏蔽调节范围以及“开/关”切换能力，为智能 EMI 屏蔽材料的应用提供新思路。
研究流程可以分为以下几个阶段：
实验材料与非晶丝制备
Co68.15Fe4.35Si12.5B12Cr3 非晶丝通过旋转水冷法（in-rotating water spinning method）制备。该技术通过使用高速旋转的轮盘从熔融态的合金中拉取并快速冷却，实现均匀圆形的非晶丝。所获得的非晶丝直径在 117 至 127 μm 范围内，表面光滑、厚度均匀，具备优秀的物理性能，且可以任意弯曲而不受损。
单层 EMI 屏蔽复合材料（AWC）制备
将非晶丝规则地平行排列在 3D 打印的模具中，固定间距为 1 mm。通过调整非晶丝与波导短边的旋转角度（定义为 θ），研究屏蔽效果的变化，在实验中设置 θ 为 0° 至 180° 的多个角度，并命名样品为 AWC-S0 至 AWC-S180。
非晶丝复合还原氧化石墨烯（rGO）的制备及优化
通过电泳沉积（Electrophoretic Deposition, EDP）在非晶丝表面沉积氧化石墨烯（GO），再经过水合肼的水热还原，获得表面被还原氧化石墨烯（Reduced Graphene Oxide, rGO）涂覆的非晶丝复合材料（AW@rGO）。通过显微结构和 X 射线衍射（XRD）等技术确认还原的成功，研究材料表面多层和多孔结构对屏蔽性能的提升。
双层结构设计与 EMI 屏蔽扩展
在单层材料的基础上，构建具有上下两层通过 1⁄4 波长（X 波段的 1⁄4 λ）间隔的双层非晶丝复合材料样品（AWC-D）。上下层可以根据需要旋转任意角度形成组合，设计一系列样品，其中上层角度从 0° 至 90° 不等，用以进一步调节屏蔽表现。
实验测试与理论模拟
使用矢量网络分析仪（VNA）测量 X 波段的屏蔽效能（SE，Shielding Effectiveness），并用 CST 仿真软件模拟样品与电磁波相互作用时的屏蔽性能，获取理论预测值与实验实测值的对比，从而验证材料设计的正确性。
AWC 单层样品的屏蔽性能
实验显示，通过旋转角度，单层 AWC 样品的屏蔽效能可以在 0.6 dB 至 24.7 dB 之间调整，旋转角度由 0° 至 90° 时屏蔽性能下降，而从 90° 至 180° 再次提升，验证了样品“开/关”的切换能力。理论计算与实验数据基本吻合，证实旋转非晶丝方向是实现 EMI 屏蔽效能可调性的简单有效方法。
AW@rGO 材料屏蔽性能改进
由于 rGO 多层结构的多重反射和诱导极化作用，AW@rGO 样品在屏蔽效能和吸收效能系数（SEA）上均有所提升，可实现 1.2 dB 至 28 dB 的调节范围。
双层 AWC-D 样品的显著调节性能
双层非晶丝复合材料的 EMI 屏蔽调节范围扩大至 1.0 dB 至 57.7 dB，远高于单层样品。这种结构依赖于叠层间的多重反射以及电磁波破坏性干涉机制，这显著提升了片材对电磁波的吸收效能，减少了环境二次反射污染。
屏蔽机制深入分析
通过 SE 分析，发现双层样品中的屏蔽机制从以反射为主转变为吸收主导，这在不同角度旋转时表现尤为明显。这表明材料设计可有效提高某些频段的电磁衰减。
本研究提出了一种创新的基于 Co 基非晶丝的 EMI 屏蔽材料，通过调节样品的几何设计和构造，成功实现了 EMI 屏蔽效能的宽范围可调性和“开/关”切换能力。研究展示了智能 EMI 屏蔽材料开发的巨大潜力，尤其在可穿戴设备和通信技术的电磁保护领域具有广泛应用前景。
该工作首次展示了基于旋转角度调节的 EMI 屏蔽复合材料的设计方法，不仅在学术上具有创新性，还为智能屏蔽材料的应用打开了新思路。这种灵活、高效和宽调节范围的 EMI 屏蔽方法在未来可能具有广泛的产业应用价值。