《Materials Today Physics》：Multifunctional Shape Memory Composites for Excellent Microwave Absorption at Ku Band
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开发了一种基于MXene/MWCNT-Co@C和PCL的热致形状记忆泡沫，具有优异微波吸收性能，厚度1.98mm，有效吸收带宽4.6GHz，0°检测角下RCS降低37.9dB·m2。形状记忆效应使材料可自适应电磁波入射角，应用潜力包括自适应隐身皮肤和可调电磁屏蔽。
任芳|张丹丹|吴彤|王伦武|宗泽|刘淼|郭正正|张凌霄|金彦玲|王思宇|闫鼎翔|任鹏刚
西安工业大学印刷、包装工程与数字媒体技术学院，中国西安
摘要
传统的微波吸收材料（MAMs）大多是通过喷涂方式应用于被保护物体的表面，这些材料通常具有刚性，制造成本较高，且对复杂多变的工作环境的适应性有限。因此，设计新型的MAMs以克服上述挑战至关重要。在本研究中，我们开发了一种基于MXene/MWCNT-Co@C/聚己内酯（PCL）的热驱动形状记忆泡沫，该材料表现出优异的微波吸收性能。MXene和MWCNT-Co@C的混合物半嵌入到PCL泡沫的骨架中，而PCL泡沫是通过盐模板法预先制备的。利用PCL的形状记忆效应、MXene/MWCNT-Co@C的介电-磁协同作用以及独特的半嵌入多孔结构，这种复合泡沫在厚度仅为1.98毫米的情况下，仍具有宽达4.6 GHz的有效吸收带宽（EAB）。在0°的检测角度下，其雷达截面（RCS）的最优降低值为37.9 dB·m2。值得注意的是，PCL的形状记忆能力使材料能够根据电磁波（EMWs）的入射角度调整自身的结构，从而实现最大的波吸收效果。这类智能微波吸收材料在自适应隐身涂层、可调电磁屏蔽等相关领域展现出广阔的应用前景。
引言
雷达和5G技术等现代技术的进步促进了电子设备的广泛应用，使生活更加便捷，但某些电磁波（EMWs）的污染却威胁着人类健康、军事安全及设备精度[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。因此，开发高性能的微波吸收材料（MAMs）对于民用和军事应用至关重要[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]。
传统的MAMs，如铁氧体[4]、[13]、[14]、金属磁体[15]和陶瓷[16]、[17]，大多通过喷涂方式应用于被保护物体的表面，这些材料通常具有刚性，制造成本较高，且对复杂多变的工作环境的适应性有限[18]、[19]、[20]。例如，新型的柔性可变形MAMs可以无缝集成到智能手环、可折叠手机或医疗贴片等可穿戴设备中[21]。因此，具有可调节或动态控制电磁波入射角度的MAMs已成为研究热点[22]、[23]、[24]、[25]、[26]。聚合物复合泡沫（PCF）能够对外部刺激做出形状变化，具有较大的变形能力、较高的恢复率和低成本。特别是，合理设计的多孔骨架可以通过多次反射和散射显著提升微波吸收性能[27]、[28]、[29]、[30]。通过将传统的金属有机材料与聚合物基体结合来制备PCF，可以使材料能够根据外部环境动态响应，从而适应各种应用场景[31]。目前，已有多种技术用于制备PCF，包括相转化[32]、[33]、气体发泡[34]、冷冻干燥[35]、[36]和气相化学反应[36]。然而，这些成孔方法相对复杂，需要专门的设备，且成本较高。更重要的是，填料的高含量会导致严重的团聚现象，增加系统的粘度，从而影响发泡效果，导致孔隙不均匀和机械性能下降。最近，牺牲模板技术已被证明可以有效制备具有定制结构的PCF[37]、[38]、[39]、[40]。刘等人[38]使用牺牲盐模板法成功制备了具有三维互连多孔结构的PVDF–MWCNT泡沫，整个制备过程不使用有机溶剂，环保无毒。卢等人[37]通过盐模板法构建了TPU/MWCNTs骨架，并通过真空辅助浸渍法选择性地涂覆MXene，形成了连续的导电网络，即使在低填料含量下也能实现完全渗透的三维结构。然而，在反复弯曲、压缩或拉伸过程中，脆性的导电涂层容易发生微裂纹甚至分层，导致电导率和屏蔽性能急剧下降，从而影响材料的长期可靠性。
近年来，大量研究表明，“半嵌入”或“半包裹”结构可以有效增强材料的界面相互作用，并显著提高其在循环机械载荷或长期使用条件下的结构稳定性和功能耐久性，为同时具备高导电性和长期可靠性的功能复合材料提供了一种可行的制备策略[41]、[42]、[43]。例如，任等人[44]通过将银纳米线（AgNWs）部分嵌入聚氨酯（PU）纤维基质中，并使其部分暴露在表面，成功构建了导电网络。这种独特的半嵌入结构由于其强界面键合和高效的应力-电耦合效应，有效抑制了填料在循环变形过程中的迁移和脱落，从而显著提高了机械耐久性和电信号可靠性。
受上述研究的启发，我们首先采用溶液法将MXene和MWCNT/ZIF-67衍生的Co@C混合物牢固地涂覆或吸附在盐模板颗粒表面，形成了“导电盐颗粒”。随后，这些导电盐颗粒被聚己内酯（PCL）前驱体渗透。固化后，通过洗涤去除盐颗粒，得到一种三维泡沫，其孔壁表面均匀覆盖有导电层。得益于PCL的特殊形状记忆效应、MXene/MWCNT-Co@C颗粒的介电-磁协同作用以及独特的半嵌入多孔结构，MXene/MWCNT-Co@C/PCL复合泡沫表现出优异的微波吸收特性，厚度仅为1.98毫米，有效吸收带宽（EAB）宽。特别值得关注的是，当检测角度为0°时，样品的雷达截面（RCS）最优降低值为37.9 dB·m2。PCL的特殊形状记忆能力使复合材料能够根据电磁波的入射角度调整自身结构，从而实现最大化的波吸收效果。这种智能微波吸收材料将在自适应隐身涂层、可调电磁屏蔽、可重构天线罩和智能保护等领域具有更广泛的应用前景。
材料
MAX（Ti3AlC2粉末，400目）购自吉林11科技有限公司。氟化锂（LiF，≥99.0%，AR）和盐酸（HCl，35?37 wt%溶于H2O）购自上海Macklin生化有限公司。溴化十六烷基三甲基铵（CTAB，99%）由Aladdin有限公司提供。聚己内酯（PCL，Mn = 50,000–60,000）购自上海Aladdin生化科技有限公司（中国）。六水合氯化镍（NiCl2·6H2O）和六水合氯化钴
形态结构和组成
图2a,b展示了ZIF-67、MWCNT和ZIF-67衍生的Co@C在2θ范围10-80°内的XRD图谱。如图2a所示，ZIF-67在2θ = 7.4°、10.38°、12.71°、14.76°、16.45°、18.04°、22.10°、24.47°、26.62°、29.63°、30.54°和32.37°处显示出尖锐的衍射峰，这些峰与ZIF-67的标准数据一致，证实了其典型的沸石咪唑骨架结构[8]。高温热解会导致ZIF-67骨架的分解
结论
总结来说，本研究成功开发了一种基于MXene/MWCNT-Co@C/PCL的智能热响应形状记忆复合泡沫，用于高性能微波吸收。通过采用盐模板法结合溶液涂层工艺，制备出了具有半嵌入导电混合物的三维多孔泡沫，实现了MXene和MWCNT-Co@C在PCL基质内的均匀分散和界面键合。得益于这些协同效应
CRediT作者贡献声明
任鹏刚：资源获取、概念构思。
任芳：撰写初稿、软件使用、数据管理。
张丹丹：资源获取、方法论设计、数据分析。
吴彤：数据验证、软件应用。
王伦武：数据分析、数据分析。
宗泽：实验设计、数据管理。
刘淼：软件操作。
郭正正：软件使用、资源协调。
张凌霄：数据分析。
金彦玲：项目监督、资源协调。
王思宇：资金筹措。
闫鼎翔：数据验证、概念构思
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
利益冲突声明
? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益或个人关系：郭正正的报告得到了国家自然科学基金的支持；任芳的报告得到了国家重点实验室（四川大学）开放项目的支持；王思宇的报告得到了陕西省自然科学基础研究计划的支持
致谢
作者衷心感谢国家自然科学基金（资助编号：52503046）、国家重点实验室（四川大学）开放项目（资助编号：sklpme 2024-1-16）、陕西省自然科学基础研究计划（资助编号：2025JC-YBMS-553、2024JC-YBMS-275）、陕西省科技厅创新能力支持计划（编号：2025JC-GXPT-022）以及西安科技的支持
