Hanqi Qian等研究人员发表了一项关于“智能TI3C2Tx-WVO2复合材料在电磁干扰（EMI）屏蔽中自增强的研究”的文章，文章发表于期刊《Carbon》（2023），论文编号为118081。这项研究由哈尔滨工业大学的化学与化工学院关键材料技术重点实验室完成，此研究涉及新材料EMI屏蔽及智能热管理领域,主要工作及内容如下：

学术背景

在当前信息技术迅速发展和电子设备普及的背景下，电磁干扰问题对智能化电子产品和国防科技提出了更严苛的要求。高效、轻量化且具有智能调节性能的电磁干扰屏蔽材料成为亟待解决的研究热点。然而，传统EMI屏蔽材料通常面临散热性能较差和环境适应性不足的问题，导致其在实时调控屏蔽性能方面存在局限性。针对这些问题，该研究探索了一种智能且可调的复合材料——TI3C2Tx-WVO2——通过构建新型复合材料设计，实现了电磁波屏蔽性能的优化和热管理功能的一体化改进。

主要研究流程

该研究的实验流程主要包括以下几个阶段：

（1）主要原材料制备

研究首先制备了构成复合材料的关键成分，包括TI3C2Tx和WVO2： - TI3C2Tx的制备：通过化学蚀刻的方法，将TI3AlC2处理成二维层状结构，形成多孔的TI3C2Tx化合物。蚀刻过程采用LiF和HCl溶液，通过反复清洗和离心分离，使pH值调至6。最终得到含有50mg/ml的TI3C2Tx水基悬浮溶液。 - WVO2的制备：采用水热法，以Vanadyl Sulfate（VOSO4）作为前驱体，同时通过引入钨元素（W）来调节VO2转变相温度。最终通过高温反应得到WVO2纳米结构。

（2）复合材料及复合凝胶的制备

通过冰模板冷冻干燥法制备具有三维多孔结构的TI3C2Tx气凝胶。为了使WVO2纳米颗粒均匀分布在TI3C2Tx片层表面，采用了超声共振法将两种材料整合。制备的最终复合材料通过真空填充硅橡胶实现工程化成型（标记为S/M-WV系统）。

（3）实验过程与测量方法

• 晶体和表面结构表征：借助XRD（X射线衍射）、SEM（扫描电子显微镜）、TEM（透射电子显微镜）等技术，对复合材料的晶相分布、元素组成和分子间结合方式（例如通过氢键结合）进行了精确验证。
• 热管理与屏蔽性能测试：利用DSC（差示扫描量热仪）分析材料热相变温度，并辅助红外成像仪记录材料热分布动态。使用矢量网络分析仪（PNA-N5244A）测试复合材料在8-12 GHz频段的EMI屏蔽情况。
• 屏蔽性能模拟：通过Comsol Multiphysics软件对复合材料进行电场分布仿真，评估在不同电磁波入射角下的屏蔽效果。

主要研究结果

热相管理机制及数据表现：

研究通过引入WVO2，解决了传统材料的热量累积问题： - WVO2的相变温度通过掺杂钨元素由68°C降低至31°C。这种优化允许复合材料在较低的热能驱动下实现WVO2从绝缘态到金属态的切换。 - 热成像数据表明，复合材料（S/M-WV系统）在遭受电磁波时，从温度峰值39°C降至32°C，热管理显然优于单一TI3C2Tx基板。

EMI屏蔽性能：

• 在8-12 GHz的X频段中，复合材料的EMI屏蔽效率（SE）提升显著。随着温度升高至308 K，SE值由28.9 dB增加至42.8 dB。
• 热累积能量通过激发WVO2的相变转化为屏蔽性能的一部分，从而实现了自增强模式。

仿真与实际应用前景：

• 通过仿真结果验证，将S/M-WV复合材料涂覆于模型飞机表面，模拟其在不同电磁波角度下的屏蔽作用。研究发现该复合材料在应对高强度电磁攻击时，展现了良好的可调屏蔽性能和热量消散优势。

研究结论与意义

通过TI3C2Tx-WVO2复合材料的设计，该研究成功构建了一种具有热管理和电磁屏蔽综合性能的智能复合材料，实现了高效转换电磁能量为热能，并通过WVO2的相变“锁定”这部分热量，从而显著增强了材料的整体屏蔽性能。此研究： - 在科学价值上，为智能EMI屏蔽材料提供了全新的复合设计思路； - 在工程应用方面，其低能耗的高灵敏EMI屏蔽性能，特别适用于未来国防设备、智能化电子器件等领域。

研究亮点

1. 通过WVO2的“相变开关”效应，解决了材料热累积的工程技术瓶颈。
2. 开发了一种基于TI3C2Tx气凝胶的新型三维多孔架构，提高了电磁波吸收能力。
3. 实现了材料自主响应电磁环境、调节屏蔽性能的突破性研究。