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作者及机构
本研究由Yali Zhang、An Liu、Yuanyuan Tian、Yujia Tian、Xiaosi Qi、Hua Qiu、Mukun He、Kun Zhou*和Junwei Gu*共同完成。主要作者来自西北工业大学化学与化工学院（Shaanxi Key Laboratory of Macromolecular Science and Technology）和新加坡南洋理工大学机械与航空航天工程学院（School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University）。研究发表于《Advanced Materials》期刊，DOI为10.1002/adma.202505521。

学术背景
随着电子设备的快速发展，电磁辐射和污染问题日益严重，不仅干扰精密电子设备的正常运行，还可能对人类健康构成潜在威胁。电磁干扰屏蔽（Electromagnetic Interference Shielding, EMI）材料是解决这些问题的重要手段之一。传统的金属基EMI屏蔽材料逐渐被聚合物基复合材料取代，因其具有轻质、耐腐蚀和易加工等优势。然而，聚合物基EMI屏蔽材料在可控结构设计和性能灵活调节方面仍面临挑战。

本研究旨在通过结合3D打印技术和吸湿性盐（氯化钙，CaCl₂）的动态响应特性，开发一种具有可调EMI屏蔽性能和动态可逆热管理功能的材料。具体目标包括：（1）利用直接墨水书写（Direct Ink Writing, DIW）3D打印技术实现材料的精确结构控制；（2）通过CaCl₂诱导的羧甲基纤维素（Carboxymethyl Cellulose, CMC）弹性激活，赋予材料动态响应性能；（3）优化材料的电磁屏蔽效能（Shielding Effectiveness, SE）和热管理能力，以满足恶劣环境防护、智能热伪装和下一代航空航天技术的需求。

研究流程
1. 墨水制备与表征
- 研究团队制备了两种复合墨水：Ag纳米线（AgNW）/CCMC墨水和Ti₃C₂Tₓ/Fe₃O₄/CCMC墨水。其中，CCMC为CaCl₂交联的CMC基质。
- 通过流变学测试验证墨水的可打印性。结果显示，两种墨水均表现出典型的剪切稀化行为，满足DIW打印的要求。存储模量（G′）高于损耗模量（G″），表明墨水具有足够的弹性以维持打印结构的稳定性。

1. 3D打印与气凝胶制备

   • 使用DIW技术打印蜂窝结构的（Ti₃C₂Tₓ/Fe₃O₄/CCMC）–（AgNW/CCMC）凝胶。打印参数包括喷嘴直径（210 μm）和填充密度（20%-35%）。
     
   • 打印后的凝胶通过真空冷冻干燥转化为气凝胶。扫描电子显微镜（SEM）显示，气凝胶具有有序的蜂窝结构（边长约600 μm，壁厚约200 μm）和多级孔结构，有利于电磁波的多重反射和热管理。
     

2. 材料性能测试

   • 电磁屏蔽性能：在8.2-12.4 GHz频率范围内测试气凝胶的屏蔽效能（SE）。结果显示，当Ti₃C₂Tₓ含量为40 wt%、压缩应变为60%时，气凝胶的SE达到80 dB。压缩应变通过增加导电/磁性填料的接触密度，显著提升了SE。
     
   • 红外隐身性能：通过红外热成像仪测试气凝胶在高温环境下的表面温度变化。Ti₃C₂Tₓ的低红外发射率（约20%）和气凝胶的多孔结构协同实现了优异的红外隐身效果。
     
   • 热管理能力：气凝胶在干燥环境下的热导率为0.08 W·m⁻¹·K⁻¹（隔热），在潮湿环境下升至0.67 W·m⁻¹·K⁻¹（导热）。这种动态可逆特性归因于CaCl₂吸湿后水分对CMC氢键的调控。
     

3. 有限元模拟

   • 通过模拟验证压缩应变对电磁屏蔽性能的影响。结果显示，60%压缩应变下，电场强度衰减更显著，与实验结果一致。
     

主要结果
1. 结构设计：DIW打印实现了气凝胶的精确结构控制，蜂窝结构和多级孔的设计优化了电磁波吸收和热管理性能。
2. 动态性能：CaCl₂的引入使气凝胶具有湿度响应性，SE和热导率可根据环境湿度动态调节。
3. 高性能指标：气凝胶在60%压缩应变下SE达80 dB，红外发射率低至49%，热导率调节范围为0.08-0.67 W·m⁻¹·K⁻¹。

结论与意义
本研究通过整合DIW打印技术和吸湿性盐的动态响应特性，开发了一种兼具可调EMI屏蔽和动态热管理功能的气凝胶材料。其科学价值在于：（1）提出了基于湿度响应的材料性能动态调控新策略；（2）为下一代自适应电磁屏蔽材料的设计提供了新思路。应用价值包括：（1）恶劣环境防护（如航空航天）；（2）智能热伪装；（3）高精度电子设备的电磁兼容设计。

研究亮点
1. 创新方法：首次将CaCl₂诱导的CMC弹性激活与DIW打印结合，实现了材料性能的动态调控。
2. 高性能：气凝胶的SE、红外隐身和热管理性能均优于同类已报道材料。
3. 多学科交叉：融合了材料科学、3D打印技术和电磁学等多领域知识。

其他价值
研究还展示了气凝胶在船舶发动机热管理中的潜在应用。通过有限元模拟验证，气凝胶可确保发动机在干燥/潮湿环境中均保持适宜的工作温度（76.8-80.5°C），显著优于传统材料。

以上为针对该研究的详细学术报告，内容涵盖研究背景、方法、结果和意义，并突出了其创新性和应用潜力。