隨著智能時代的快速發展，智能電磁干擾（EMI）屏蔽設備因其環境自適應響應的優勢而備受關注。相應地，合適的EMI屏蔽材料對于阻擋有害電磁輻射和透過有用的電磁波至關重要。能夠根據特定應用需求和環境變化動態調整其EMI屏蔽效能（SE）的智能EMI屏蔽材料，在軍事和民用領域均具有巨大優勢。迄今為止，已開發出多種具有可調EMI SE 以應對不同響應的材料。本綜述特別關注具有可調EMI SE的智能材料，討論了智能EMI屏蔽材料的設計策略、機制及最新研究進展，涵蓋了包括壓縮應變、拉伸應變、化學試劑、形狀記憶、相變和交叉角度變化等不同刺激響應。最后，綜述還探討了智能EMI屏蔽材料面臨的挑戰和未來展望。
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圖1.
(a) 分別具有壓縮應變、拉伸應變、化學試劑、形狀記憶、相變和交叉角度變化誘導響應的智能電磁干擾（EMI）屏蔽材料。
(b) 刺激響應前后EMI屏蔽效能（SE）值的顯著變化。
解析
對翻譯內容的解釋
圖1(a)的解析：
智能EMI屏蔽材料的類型：列舉了六種基于不同外界刺激的智能EMI屏蔽材料，分別是：
壓縮應變/拉伸應變：通過施加機械力（壓縮或拉伸）改變材料結構，影響其導電性，從而調節EMI屏蔽效能。
化學試劑：材料通過化學環境變化（如酸堿度、氧化還原條件）觸發響應。
形狀記憶：借助形狀記憶聚合物（如熱響應材料）的動態形變能力調節屏蔽性能。
相變：利用材料相態變化（如液態-固態）導致的導電性突變實現可逆調節。
交叉角度變化：通過調整材料層疊或排列角度改變電磁波的傳播路徑，實現屏蔽性能的動態調控。
技術意義：這些材料的“智能性”體現在其對外界刺激的動態響應能力，可滿足復雜場景下的適應性需求（如軍事隱身、可穿戴設備、高頻通信環境等）。
圖1(b)的解析：
動態調節性能：通過外部刺激（如施加化學試劑、機械力或溫度變化），材料的EMI屏蔽效能（SE值）在響應前后發生大幅波動。例如：
智能材料可能從低屏蔽狀態（如初始態）通過刺激躍遷至高屏蔽狀態（如相變后），調節范圍可能覆蓋寬頻段（如Ku波段、X波段）。
實際應用價值：這種動態調節能力減少了傳統靜態屏蔽材料的設計局限性，使同一材料能夠在不同場景中“按需切換”性能。
對圖表意義的擴展理解
科學價值：圖表展示了智能EMI屏蔽材料的核心優勢——動態適應性，而非依賴固定結構或單一性能。
行業挑戰：
如何提高刺激響應的靈敏度（如實現小劑量化學觸發）。
如何平衡不同刺激模式下的材料穩定性（如多次拉伸后導電網絡是否退化）。
需解決部分響應類型的普適性局限（如相變材料可能受溫度范圍約束）。
未來方向：結合機器學習優化動態調控邏輯，或利用仿生設計（如章魚皮膚自適應結構）增強材料的智能響應能力。
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圖2.
(a) 一種壓縮應變響應的電磁干擾（EMI）屏蔽泡沫材料：在聚氨酯（PU）泡沫表面涂覆還原氧化石墨烯（rGO）。
(b–g) 樣品在壓縮前和壓縮后的EMI屏蔽性能。
解析
對翻譯內容的解釋
圖2(a)的解析：
材料設計原理：該材料以柔性聚氨酯（PU）泡沫為基底，表面涂覆還原氧化石墨烯（rGO）涂層。
PU泡沫：作為支撐骨架，賦予材料輕質、可壓縮性和彈性，適合動態調控場景。
rGO涂層：還原氧化石墨烯具有高導電性和二維片層結構，通過涂覆形成連續導電網絡，提供電磁波反射和吸收能力。
壓縮應變響應機制：當泡沫受到壓縮時，PU泡沫變形導致rGO涂層間隙縮小，導電網絡更加致密，材料的電導率和介電損耗能力增強，從而顯著提升EMI屏蔽效能（SE）。
圖2(b–g)的解析：
性能對比：圖表展示了材料在壓縮前（原始狀態）和壓縮后（應變狀態）的EMI屏蔽性能變化，具體表現為：
頻率依賴性：可能在特定頻段（如X波段、Ku波段）SE值大幅提升，例如從壓縮前的20 dB增至壓縮后的40 dB以上。
動態調節范圍：通過壓縮應變實現EMI SE值的“開關式”或“梯度式”調控，突顯材料對機械刺激的高靈敏度。
應用場景：此類材料適用于需要柔性、可重復形變的場景，如可穿戴電子設備的抗干擾層或航空航天設備的動態電磁防護。
對圖表意義的擴展理解
科學意義：驗證了基于柔性基底和導電涂層的壓縮應變響應型材料的可行性，證明機械形變對EMI性能的動態調控能力。
技術優勢：
輕質、可逆調節：通過簡單壓縮即可實現性能切換，無需復雜外部條件（如化學試劑或高溫）。
低成本制備：PU泡沫和rGO均為工業化成熟材料，易于大規模生產。
潛在挑戰：
循環穩定性：多次壓縮可能導致rGO涂層剝離或PU泡沫塑性變形，需進一步優化涂層附著力。
均勻性問題：壓縮時局部應力分布不均可能影響屏蔽性能的一致性，需改進涂層工藝（如梯度涂覆或三維包覆）。
未來方向：
復合結構設計：引入其他導電/介電填料（如MXene、碳納米管），構建多級響應網絡，增強電磁波多路徑損耗機制。
智能集成化：結合壓阻傳感器，實現“EMI屏蔽-力學傳感”雙功能一體化，拓展其在智能機器人或人機交互領域的應用。
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圖3.
(a) 可壓縮復合泡沫材料的示意圖。
(b) 不同壓縮應變下復合泡沫材料的總屏蔽效能（SE_total）和 (c) 吸收/反射系數（A/R系數）[43]。
(d) 樣品可調電磁干擾（EMI）屏蔽機制的示意圖。
(e) 不同壓縮應變下泡沫樣品的電磁干擾屏蔽特性變化。
解析
對翻譯內容的逐項解釋
圖3(a)
內容：展示一種可壓縮復合泡沫材料的結構設計，可能由多孔基底（如聚氨酯泡沫）與導電/介電填料（如石墨烯、碳納米管）復合而成。
意義：通過可視化結構說明材料的可壓縮性和組分分布，為后續性能變化提供物理基礎。
圖3(b)-(c)
參數解讀：
SE_total：總屏蔽效能，綜合電磁波反射（Reflection）、吸收（Absorption）和多反射損耗（Multiple reflections）。
A/R系數：吸收與反射的比例關系，反映材料對電磁波的損耗機制（吸收主導或反射主導）。
科學觀察：隨著壓縮應變增大，材料孔隙率降低，導電網絡更致密，可能導致SE_total升高（如圖b曲線上升），A/R系數變化則反映屏蔽機制從吸收為主轉向反射為主（如初始高吸收轉為高反射）。
圖3(d)
機理示意圖：動態調節機制可能涉及以下過程：
壓縮應變導致導電填料間距縮小，形成連續導電通路，增強反射能力。
多孔結構塌陷減少電磁波在材料內部的多次反射和吸收路徑，改變整體損耗模式。
圖3(e)
性能變化：以實驗數據（如SE值或頻段覆蓋范圍）驗證壓縮應變對屏蔽性能的動態調控效果。例如，10%應變下SE值為25 dB，30%應變升至40 dB，顯示材料的靈敏響應能力。
對圖表整體意義的深度分析
材料設計亮點：
壓縮-性能關聯性：通過機械形變（壓縮）直接調控導電網絡密度，實現SE值的寬范圍調節（如20 dB至50 dB）。
多功能損耗機制：壓縮過程中A/R系數變化表明材料可適應不同場景需求（如高吸收用于減少反射污染，高反射用于強屏蔽）。
應用潛力：
可穿戴設備：柔性泡沫材料可貼合人體彎曲部位，通過形變實時調節電磁防護等級。
軍事裝備：動態調整SE值以適應不同頻段的雷達波探測（如隱身技術）。
現存挑戰：
循環穩定性：反復壓縮可能導致填料脫落或基底疲勞，需通過交聯增強或自修復設計改進。
均勻性控制：壓縮過程中導電網絡可能局部聚集，需優化填料分散性和基底彈性模量。
未來研究方向：
多尺度模擬：通過有限元分析（FEM）預測不同應變下電磁場分布，指導材料優化。
智能調控集成：結合壓阻傳感模塊，實現“形變-屏蔽性能”的閉環反饋系統。
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圖4.
(a–d) 木纖維/碳納米管（WF/CNT）泡沫材料的制備流程圖。
(e–g) 不同壓縮應變下WF/CNT泡沫材料的可調電磁干擾（EMI）屏蔽效能（SE）及其屏蔽性能機理[143]。
解析
對翻譯內容的逐項解釋
圖4(a–d)
內容：展示WF/CNT泡沫材料的制備流程，可能包括以下步驟（基于常規制備方法推測）：
(a) 木纖維（WF）預處理：通過化學或物理方法（如堿處理、冷凍干燥）對木纖維進行多孔化或功能化改性。
(b) 碳納米管（CNT）負載：將CNT均勻分散并負載于多孔木纖維骨架表面或內部孔隙中（如浸漬、化學氣相沉積）。
(c) 復合發泡：通過發泡工藝（如物理發泡、模板法）將WF/CNT復合體系固化為三維多孔泡沫結構。
(d) 后處理：可能涉及退火、表面疏水處理或機械壓制以優化材料性能。
科學意義：制備流程強調天然木纖維與納米碳材料的協同結合，兼具環保性（生物質原料）和高導電性（CNT網絡）。
圖4(e–g)
性能與機理分析：
(e) 可調EMI SE曲線：展示材料在不同壓縮應變（如0%、20%、50%）下的EMI SE變化，可能表現為SE值隨應變增大而顯著上升（例如從30 dB增至60 dB）。
(f) 屏蔽機理示意圖：揭示壓縮應變如何改變材料微觀結構——壓縮導致WF/CNT泡沫孔隙塌陷，CNT網絡致密化，從而增強電磁波反射與吸收。
(g) 損耗機制占比：可能通過吸收/反射/多次反射（A/R/M）比例變化，說明應變增大時反射損耗（R）占比提升的主導作用。
對圖表意義的深度分析
材料設計創新點：
天然-人工復合材料結合：木纖維（可再生、低成本）與碳納米管（高導電性）結合，平衡性能與可持續性。
結構-性能動態關聯：通過壓縮應變控制孔隙率和導電網絡密度，實現EMI屏蔽性能的“按需調節”。
應用潛力：
柔性電子封裝：適應設備彎曲形變的同時提供動態電磁防護。
建筑電磁防護：輕質泡沫材料可集成于墻面，通過機械調節應對不同頻段電磁干擾。
現存挑戰：
結構穩定性：木纖維的吸濕性和力學強度可能影響長期使用性能，需通過化學改性（如硅烷化）增強穩定性。
循環性能驗證：多次壓縮后CNT與木纖維的界面結合是否退化，需實驗驗證材料的耐久性。
未來研究方向：
多功能化擴展：在WF/CNT泡沫中引入磁性顆粒（如Fe3O4），構建磁-電協同損耗機制。
綠色制備優化：開發水基分散和低溫成型工藝，減少化學試劑使用，提升環保性。
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圖5.
(a) 開/關可切換電磁干擾（EMI）屏蔽氣凝膠的合成示意圖。
(b) 氣凝膠的可切換EMI屏蔽性能的開關狀態對比。
(c–e) 開/關可切換EMI屏蔽的機理示意圖[63]。
解析
對翻譯內容的逐項解釋
圖5(a)
內容：展示一種可通過外部條件（如溫度、壓力或化學刺激）在“關閉”（無屏蔽）與“開啟”（高屏蔽）狀態之間切換的氣凝膠材料的制備流程。
推測步驟：可能包括前驅體溶液混合、溶膠-凝膠過渡、超臨界干燥或冷凍干燥形成多孔氣凝膠，最后進行功能化修飾（如導電納米材料負載）。
圖5(b)
性能對比：通過實驗數據（如屏蔽效能SE值的二元化跳變）展示氣凝膠在“關閉”狀態（低SE值，如<10 dB）和“開啟”狀態（高SE值，如>50 dB）的性能差異，突顯其“開關”特性。
圖5(c–e)
切換機理：
關閉狀態（OFF）：氣凝膠處于膨脹或疏松結構，導電網絡因孔隙率較高而斷裂，電磁波穿透率升高，屏蔽效能降低。
開啟狀態（ON）：通過刺激（如壓縮、溶劑浸潤）使氣凝膠收縮或導電填料重新排布，導電網絡致密化，形成連續導電通路，顯著增強反射和吸收損耗。
對圖表意義的深度分析
材料設計亮點：
二元可控性：通過簡單外界刺激實現屏蔽效能的“全或無”式切換，適用于需緊急屏蔽或按需啟停的場景。
輕質高效：氣凝膠的高孔隙率賦予材料超輕特性（密度可低至0.1 g/cm³），同時通過功能化實現高屏蔽效能。
應用潛力：
智能電子封裝：在電磁敏感設備中，通過觸發開啟屏蔽模式防止外部干擾，非工作狀態下關閉以減少能耗。
軍用臨時防護：快速部署氣凝膠薄膜，在戰場環境中瞬間激活屏蔽功能應對雷達探測。
現存挑戰：
響應速度：部分刺激（如溫度變化）需要較長時間完成狀態切換，需優化材料結構以實現毫秒級響應。
可逆性限制：多次切換可能導致導電網絡疲勞或結構坍塌，需開發自修復或增強型氣凝膠基底。
未來研究方向：
多模式觸發：集成多種刺激響應性（如光、磁、濕度），實現更靈活的調控邏輯。
界面優化：通過仿生結構（如褶皺表面、核殼填料）提高導電網絡在膨脹/收縮過程中的穩定性。
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圖6.
(a) 電磁干擾（EMI）屏蔽材料的制備與機理示意圖。
(b, c) 不同拉伸率下聚氨酯@銅（PU@Cu）薄膜的可調電磁干擾屏蔽性能。
(d) 不同外界刺激下EMI屏蔽效能（SE）值變化程度的對比研究[153]。
解析
對翻譯內容的逐項解釋
圖6(a)
內容：展示一種具有動態EMI屏蔽能力材料的制備過程及其工作機制，可能涉及以下設計：
材料組成：聚氨酯（PU）柔性基底表面負載銅（Cu）納米結構（如網狀涂層、納米線陣列）。
制備方法：通過化學沉積（如電鍍、濺射）或物理復合（如涂覆-固化）將Cu網絡固定在彈性PU基底上。
機理示意：拉伸或壓縮時，Cu網絡發生可逆斷裂/重聯，改變導電路徑密度，從而動態調控EMI SE值。
圖6(b, c)
性能調控：
拉伸率影響：隨著拉伸率增大（例如0% → 100%），PU@Cu薄膜發生彈性形變，導致Cu網絡部分斷裂，電導率下降，EMI SE值可能從50 dB降至20 dB（關閉狀態）。
可逆性：若材料在拉伸釋放后Cu網絡恢復連續性，SE值可重新升高，證明其耐疲勞特性。
圖6(d)
對比研究：
不同刺激類型：可能對比拉伸、壓縮、溫濕度變化等外界刺激對SE值的影響程度。例如，拉伸刺激引起的SE下降幅度（ΔSE ≈ 30 dB）顯著大于溫度變化（ΔSE < 10 dB）。
結論提示：機械形變（拉伸/壓縮）是高效調控EMI屏蔽性能的主要手段。
對圖表意義的深度分析
材料創新性：
動態響應結構設計：通過Cu網絡的可逆斷裂/重建，實現EMI屏蔽性能的主動調節，突破傳統材料固定屏蔽效能的限制。
寬范圍可調性：SE值可能在20–60 dB范圍內連續變化，適用于從弱屏蔽（如民用電子）到強屏蔽（如高保密場景）的多級需求。
應用場景擴展：
柔性可穿戴設備：適應人體運動時的反復形變，實時調節屏蔽強度以平衡信號傳輸與抗干擾需求。
智能建筑屏蔽層：通過機械控制薄膜拉伸率，調節建筑內外電磁波透射率，實現動態隱私保護或信號管理。
技術挑戰：
導電網絡穩定性：Cu網絡在多次拉伸后可能出現塑性變形或氧化，需通過抗氧化涂層（如石墨烯包覆）提升耐久性。
響應靈敏度：微小應變下（如<5%）的SE值變化可能不足，需優化Cu網絡結構（如褶皺設計）增強低應變靈敏度。
未來研究方向：
多場耦合調控：結合熱/濕/電協同作用，開發多模式響應的智能屏蔽材料。
超材料結構集成：將PU@Cu薄膜與超材料共振單元結合，利用結構-材料雙調控機制實現寬頻帶動態屏蔽。
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圖7.
(a) 形狀記憶型TPI-M/CF復合材料制備流程示意圖。
(b–e) TPI-M/CF復合材料在不同外部刺激下表現出的可調電磁干擾（EMI）屏蔽行為[155]。
解析
對翻譯內容的逐項解釋
圖7(a)
內容：展示形狀記憶熱塑性聚酰亞胺基體/碳纖維（TPI-M/CF）復合材料的制備流程，可能包括以下步驟：
材料復合：將形狀記憶聚合物（TPI-M）與碳纖維（CF）通過熔融共混、熱壓成型或逐層組裝工藝結合。
形狀編程：通過熱力學處理（如加熱-冷卻循環）預設材料的初始形狀記憶態。
功能化設計：優化CF在TPI基體中的分布，形成三維導電網絡以實現電磁屏蔽功能。
圖7(b–e)
性能與調控：
刺激類型：外部刺激可能包括溫度（形狀記憶觸發）、機械應力（拉伸/壓縮）、濕度或電場。
屏蔽行為變化：
形狀恢復過程：加熱至玻璃化轉變溫度（Tg）時，材料恢復預設形狀，導致CF網絡重排并致密化，EMI SE值升高（如從30 dB增至50 dB）。
動態調控：通過循環加載-卸載機械應變，實現SE值的可逆變化，體現材料的環境適應性。
對圖表意義的深度分析
材料設計創新點：
形狀記憶與屏蔽功能集成：利用TPI的形狀記憶效應，通過外界刺激動態調控CF網絡的幾何結構，實現“一鍵切換”式EMI屏蔽。
自適應性能：材料可根據環境需求（如溫度變化、機械變形）自動調整屏蔽效能，突破傳統材料固定性能的限制。
作用機理推測：
形狀記憶觸發：加熱或機械應變引發TPI基體的相變（玻璃態→橡膠態），帶動CF位移并重構導電通路。
損耗模式切換：CF網絡密度變化可能改變電磁波損耗機制（如高密度時反射主導，低密度時吸收主導）。
應用潛力：
航空航天：搭載于可變形飛行器蒙皮，在極端溫度下通過形變主動增強屏蔽效能。
醫療植入設備：通過體溫觸發屏蔽模式，防止外部電磁波干擾植入式傳感器的信號傳輸。
現存挑戰：
響應精度：形狀記憶恢復程度與SE值變化的線性關系需進一步標定，以滿足精準調控需求。
界面穩定性：TPI-M與CF的界面在多次形變中可能發生脫黏，需通過表面改性（如CF氧化處理）增強結合力。
未來研究方向：
多場耦合調控：研究溫度-應力聯合作用下的協同屏蔽機制。
微觀結構表征：借助原位電子顯微鏡觀察CF網絡在形狀恢復過程中的動態演變。
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圖8.
(a, b) 用于電磁干擾（EMI）屏蔽的形狀記憶聚氨酯（PU）泡沫制備流程示意圖。
(c–e) 形狀記憶聚氨酯復合泡沫材料展示的可調EMI屏蔽效能（SE）行為[29]。
解析
對翻譯內容的逐項解釋
圖8(a, b)
內容：展示形狀記憶聚氨酯（PU）泡沫材料的制備流程，可能包括以下關鍵步驟：
發泡工藝：通過物理/化學發泡劑（如超臨界CO?或水發泡）形成PU多孔結構。
形狀記憶編程：在特定溫度下（如玻璃化轉變溫度Tg）對泡沫進行壓縮或折疊定型，冷卻后固定臨時形狀。
功能化改性：可能摻入導電填料（如碳黑、金屬顆粒）以賦予EMI屏蔽能力。
圖8(c–e)
可調屏蔽行為：
形狀記憶觸發：加熱至Tg以上時，泡沫恢復原始形狀，導致導電網絡密度變化（如孔隙收縮、填料接觸點增加），從而提升SE值（例如從25 dB升至40 dB）。
動態調節范圍：通過編程不同的臨時形狀（如壓縮率50% vs. 80%），實現多級屏蔽效能調控。
對圖表意義的深度分析
材料設計創新點：
形變-性能聯動機制：利用形狀記憶效應將宏觀形變與微觀導電網絡重構耦合，實現“形態決定功能”的動態屏蔽。
輕質高彈性：泡沫材料的低密度（<0.2 g/cm³）和高回彈率（>90%）適用于需反復形變的應用場景。
作用機理推測：
原始態（未壓縮）：泡沫孔隙率高，導電網絡稀疏，以吸收損耗為主，SE值較低。
壓縮態（臨時形狀）：孔隙被壓塌，導電填料接觸點增多，反射損耗主導，SE值顯著提升。
形狀恢復過程：加熱觸發的膨脹行為逐步破壞密集導電通路，SE值動態下降。
應用場景：
自適應電子封裝：高溫環境下自動恢復形狀以增強屏蔽，防止設備過熱導致的EMI泄漏。
可折疊設備屏蔽層：折疊狀態下維持高SE值，展開時降低屏蔽強度以優化信號傳輸。
現存挑戰：
響應溫度局限性：Tg需與工作環境匹配（如體溫或室溫），需精準設計PU的分子鏈結構。
填料分散均勻性：導電填料的團聚可能影響形變過程中導電網絡的穩定性。
未來研究方向：
低溫觸發設計：通過共聚或增塑改性降低Tg至0–40℃區間，擴展材料在生物醫學領域的適用性。
多刺激響應擴展：結合光/磁響應填料，實現非接觸式觸發形狀恢復與SE調控。
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圖9.
(a) PDMS/TSM/CNT（聚二甲基硅氧烷/熱敏材料/碳納米管）復合材料的制備流程示意圖。
(b) 樣品在溫度與應變刺激下的可調電磁干擾（EMI）屏蔽效能（SE）值。
(c) 溫度與應變協同調控復合材料電磁波（EMW）屏蔽機制的示意圖[163]。
解析
對翻譯內容的逐項解釋
圖9(a)
內容：展示復合材料的制備方法，可能涉及以下步驟：
材料復合：將熱敏材料（TSM，可能為形狀記憶聚合物或溫敏樹脂）與碳納米管（CNT）分散于PDMS彈性體基體中。
結構成型：通過旋涂、模壓或3D打印技術形成特定微觀結構（如多孔、層狀）。
后處理：固化或退火優化界面結合，提升CNT導電網絡連續性。
圖9(b)
性能調控：
溫度刺激：升溫觸發TSM相變（如軟化或收縮），帶動CNT網絡密實化，EMI SE值升高（例如40 dB升至60 dB）。
應變刺激：拉伸導致PDMS基體形變，CNT網絡斷裂（SE下降），壓縮則使CNT接觸點增加（SE上升）。
協同效應：溫度與應變聯合作用可能實現SE值的非線性增強或超寬范圍調節（如30–70 dB）。
圖9(c)
機制解析：
溫度調控：TSM的相變溫度（如玻璃化轉變溫度Tg）控制基體剛度，改變CNT網絡的馳豫狀態（彈性拉伸或固定）。
應變調控：外力改變CNT間距，調節導電逾滲閾值，影響電磁波的反射-吸收平衡。
動態損耗路徑：溫度與應變聯合觸發下，電磁波可能在復合材料的微裂紋、梯度界面處發生多次散射，增強損耗效率。
對圖表意義的深度分析
材料設計突破：
雙重響應性：整合溫度與機械應變兩種調控維度，實現更復雜的EMI屏蔽邏輯（如高溫+壓縮→超高SE，低溫+拉伸→低SE）。
多尺度結構：PDMS基體的宏觀形變與CNT網絡的微觀重構協同作用，形成動態自適應電磁損耗網絡。
應用潛力：
智能熱管理設備：在電子器件發熱時自動增強屏蔽，防止熱-電磁交叉干擾。
軟體機器人屏蔽層：適應機器人動態形變，實時匹配運動狀態下的電磁防護需求。
技術挑戰：
穩定性問題：多次溫度循環或大應變加載可能導致TSM-CNT-PDMS界面分層，需開發動態交聯或自修復策略。
頻帶局限性：當前數據可能僅針對特定頻段（如X波段），需驗證全頻段可調性。
未來方向：
仿生結構設計：模擬生物組織的熱-力響應行為（如血管收縮），優化動態屏蔽效能。
機器學習輔助：建立溫度-應變-SE值的預測模型，實現精準閉環控制。
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圖10.
(a) 絕緣單斜相與金屬四方相之間可逆相變示意圖。
(b–e) VO?/碳納米纖維（CNF）復合材料在加熱與冷卻過程中展示的可逆電磁干擾（EMI）屏蔽性能[170]。
解析
對翻譯內容的逐項解釋
圖10(a)
內容：描述二氧化釩（VO?）在溫度刺激下發生的晶體結構可逆轉變：
低溫絕緣態：單斜相（Monoclinic）結構，VO?表現為高電阻特性，電磁波以吸收損耗為主。
高溫金屬態：四方相（Tetragonal）結構，VO?導電性劇增，電磁波反射損耗占主導。
圖10(b–e)
性能與調控：
熱觸發可逆性：
升溫（~68°C）：VO?從單斜相轉四方相，與CNF形成連續導電網絡，EMI SE值顯著升高（例如從20 dB升至50 dB）。
降溫：VO?恢復絕緣態，CNF網絡因VO?相變隔離而斷開，SE值回落，實現“開關”式調控。
循環穩定性：多次加熱-冷卻循環中SE值變化幅度保持穩定，證明材料耐久性。
對圖表意義的深度分析
材料設計創新點：
相變-屏蔽耦合機制：利用VO?本征相變特性直接調控導電性，無需依賴外部結構形變，響應更快速（毫秒級）。
多級損耗路徑：
金屬態（高溫）：VO?與CNF協同反射電磁波。
絕緣態（低溫）：CNF單獨通過偶極極化損耗吸收電磁能量。
應用場景：
自適應熱管理電子器件：芯片溫度升高時自動增強屏蔽，防止電磁泄漏與熱失控的惡性循環。
季節性電磁防護：室外設備夏季（高溫）反射為主，冬季（低溫）吸收為主，適配環境電磁特性。
技術挑戰：
相變溫度限制：VO?相變溫度（~68°C）需通過摻雜（如W、Mo）調整至近室溫（25–40°C）以擴展適用場景。
界面優化：VO?與CNF的界面接觸電阻影響導電網絡效率，需通過原子層沉積（ALD）包覆改善結合力。
未來研究方向：
光熱協同調控：結合VO?的光熱轉換特性，用近紅外激光非接觸觸發相變，實現遠程SE控制。
超材料集成：將VO?/CNF復合單元嵌入超材料陣列，通過諧振耦合實現窄帶高靈敏屏蔽切換。
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圖11.
(a) 通過真空過濾輔助噴涂技術制備導電PMCF材料的流程示意圖。
(b–e) 在酸堿氣氛處理下，PMCF材料表現出動態調節電磁干擾（EMI）屏蔽效能（SE）的行為[126]。
解析
對翻譯內容的逐項解釋
圖11(a)
內容：展示導電PMCF（可能為聚合物基導電復合材料，如Polymer Matrix Conductive Foam）的制備工藝，關鍵步驟可能包括：
真空過濾輔助噴涂：將導電填料（如石墨烯、碳納米管）分散于聚合物溶液中，通過真空抽濾形成均勻涂層，隨后噴涂成膜或泡沫結構。
基體固化：通過熱壓或光固化固定導電網絡，形成穩定多孔/層狀結構。
圖11(b–e)
動態調節行為：
酸堿氣氛觸發：PMCF暴露于酸（如HCl蒸氣）或堿（如NH?蒸氣）環境時，基體發生溶脹/收縮，導致導電網絡斷裂或重構。
SE可逆切換：酸處理可能導致SE值下降（如從50 dB降至20 dB），堿處理則恢復導電性，實現SE回升（實驗需驗證具體方向）。
對圖表意義的深度分析
材料設計創新點：
化學刺激響應性：通過酸堿氣體觸發的體積相變直接調控導電網絡，無需機械外力或加熱，節能且適合密閉環境。
孔隙結構可控：真空過濾技術可精確調控導電填料的分布密度與孔隙率，優化初始屏蔽性能。
作用機理推測：
酸性氣氛：H?滲透使聚合物基體質子化溶脹，導電填料間距增大，逾滲閾值升高，SE下降（反射主導→吸收主導）。
堿性氣氛：OH?中和導致基體收縮，填料接觸緊密，逾滲網絡重建，SE回升至初始水平。
應用潛力：
工業密閉空間屏蔽：化工廠管道中通過注入酸堿氣體實時調節設備電磁防護等級。
可重置電磁密封材料：電子設備維修時用氣體沖洗，暫時降低屏蔽以方便調試。
現存挑戰：
環境兼容性：強酸堿氣體可能腐蝕設備其他部件，需開發溫和pH響應材料（如CO?/NH?響應水凝膠）。
響應速度限制：氣體擴散速率制約SE調節時效，需設計微孔結構加速氣體滲透。
未來研究方向：
多因素協同調控：結合濕度與酸堿度實現更復雜的SE動態邏輯（如高濕度+酸性→超低SE）。
生物兼容性拓展：替換刺激源為生物可代謝物質（如葡萄糖響應），用于體內植入設備。
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圖12.
(a) PIF/CNT（聚合物泡沬/碳納米管）復合材料的制備示意圖。
(b) 使用加濕器對PIF/CNT樣品進行加濕處理的示意圖。
(c) 不同含水量下材料對電磁干擾（EMI）的智能響應行為[121]。
解析
對翻譯內容的逐項解釋
圖12(a)
內容：展示PIF/CNT復合材料的制備流程，可能包含以下步驟：
基體構建：通過模板法或冷凍干燥技術形成多孔聚合物泡沫（PIF）骨架。
CNT負載：將碳納米管（CNT）分散液浸漬或噴涂至PIF孔隙中，形成三維導電網絡。
后處理：干燥或退火以增強CNT與聚合物基體的結合力。
圖12(b)
加濕處理：
濕度調控：通過加濕器調節環境濕度（如從30% RH升至90% RH），使PIF基體吸濕膨脹，驅動CNT網絡發生微觀形變（如間距變化）。
圖12(c)
智能EMI響應：
低含水量：聚合物基體干燥收縮，CNT接觸緊密，導電性高，以反射損耗為主，EMI SE值較高（如45 dB）。
高含水量：基體吸濕膨脹，CNT網絡被拉伸斷裂，導電性下降，吸收損耗增強，SE值降低（如25 dB），但可能伴隨頻段選擇性屏蔽。
對圖表意義的深度分析
材料設計創新點：
濕度響應性：利用PIF基體的吸濕膨脹特性，將環境濕度轉化為力學形變，間接調控CNT導電網絡的逾滲閾值。
非接觸式控制：通過濕度變化實現EMI屏蔽效能的遠程調節，避免機械接觸或溫度干預可能引發的材料疲勞。
作用機制推測：
吸濕膨脹效應：PIF中的親水基團（如羥基、羧基）吸附水分子，引發聚合物鏈松弛，導致宏觀體積膨脹。
動態導電網絡：膨脹迫使CNT間距增大甚至分離，降低導電通路密度，同時水分子可能參與形成離子導電通路（若CNT含氧化基團），產生新的吸收損耗機制。
應用場景：
高濕度環境自適應防護：沿海或熱帶地區電子設備根據空氣濕度自動調整屏蔽強度，防止過度屏蔽造成的信號衰減。
可穿戴傳感器屏蔽層：人體出汗時（濕度↑）降低SE值以增強信號傳輸，干燥時（濕度↓）增強屏蔽保護敏感電路。
技術挑戰：
循環穩定性：反復吸濕-脫水可能導致CNT網絡塑性變形，需開發彈性聚合物基體（如聚氨酯）以增強結構回彈。
響應靈敏度：當前濕度調控范圍（如30–90% RH）與實際環境需求（如10–95% RH）可能存在差距，需優化材料的吸濕等溫線。
未來研究方向：
混合刺激響應：結合溫度與濕度雙重調控（如溫敏水凝膠+PIF/CNT），實現多維SE動態調節。
微結構拓撲優化：設計梯度孔隙結構，使不同濕度下CNT網絡的斷裂/重組呈現各向異性響應特性。
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圖13.
(a) M@wood復合材料在X波段下90°、45°和0°方向上的電阻率（ρ）；
(b–c) 對應角度下的介電常數虛部（ε''）與實部（ε'）；
(d–f) M@wood復合材料的交叉角度依賴性電磁干擾（EMI）屏蔽性能。
解析
對翻譯內容的逐項解釋
圖13(a–c)
電學與介電性能：
電阻率（ρ）：量化材料導電能力，角度依賴性表明復合材料具有各向異性導電網絡（如沿木材纖維定向排列的金屬涂層）。
ε''（介電損耗因子）：反映材料對電磁波的吸收損耗能力，高ε''值（如90°方向）表明特定角度下極化弛豫損耗顯著。
ε'（介電常數實部）：表征材料極化存儲電磁能的能力，角度差異可能源于纖維-金屬界面極化的各向異性。
圖13(d–f)
EMI屏蔽性能的角度依賴性：
入射角影響：電磁波以不同角度（0°、45°、90°）入射時，由于復合材料層狀/纖維結構對電磁波的多重反射和偏振選擇吸收，導致屏蔽效能（SE）差異。
交叉效應：特定角度下（如45°）可能觸發纖維-金屬異質界面的協同共振，顯著增強吸收損耗（SE值突變提升）。
對圖表意義的深度分析
材料設計創新點：
結構各向異性利用：以天然木材的多孔纖維結構為載體，通過定向沉積金屬（如Ag納米線或Cu涂層），構建空間梯度導電網絡，實現電-介電性能角度調控。
原位極化增強：木材纖維表面官能團與金屬涂層形成界面偶極子，在特定入射角下激發界面極化共振（如45°），突破傳統均質材料的損耗極限。
性能優化邏輯：
90°方向：電磁波垂直入射時，沿纖維長軸方向的連續導電通路主導反射損耗（高ρ降低反射，矛盾需結合數據辯證分析）。
0°方向：波傳播方向與纖維平行，穿透深度增加，多孔結構引發多次散射，提升吸收損耗占比。
應用場景：
航空航天裝備：機翼等曲面結構需多角度電磁兼容防護，此類材料可適配復雜表面曲率，降低屏蔽性能角度敏感性。
建筑電磁智能窗：根據太陽入射角動態調節屏蔽頻段，平衡透光性與電磁防護需求。
技術挑戰：
角度穩定性瓶頸：極端濕度或溫度下木材纖維形變可能破壞金屬涂層的取向穩定性，需開發仿生剛性界面（如陶瓷化木材基底）。
寬頻段普適性：當前數據限于X波段（8–12 GHz），需驗證Ku波段（12–18 GHz）及5G高頻段（毫米波）的角度響應特性。
未來研究方向：
機器學習預測模型：建立纖維取向-金屬厚度-入射角的SE值映射關系，指導定向制備工藝優化。
動態角度追蹤系統：結合微機電傳感器（MEMS）實時調整材料空間角度，實現自適應最優屏蔽。
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圖14.
(a) 壓縮應變響應型電磁干擾（EMI）屏蔽材料的調控機理；
(b) 拉伸應變響應型EMI屏蔽材料的調控機理。
解析
對圖表內容的機制剖析
壓縮應變（圖14a）
微觀行為：
材料受擠壓時，內部導電單元（如碳納米管、金屬納米線）被迫緊密接觸，形成逾滲導電網絡。
聚合物基體發生彈性變形，迫使分散的導電填料縮短間距，導電通路密度增加。
EMI屏蔽變化：
導電性顯著提升（電阻率↓），增強電磁波反射損耗（如SE從30dB升至50dB）。
形變可能導致原孔隙結構坍塌，減少多重散射，略微削弱吸收損耗。
拉伸應變（圖14b）
微觀行為：
材料受拉時，導電單元間距增大，部分通路斷裂（如CNT網絡碎片化），形成島嶼狀導電域。
聚合物基體延展使填料分散，導電逾滲網絡解離。
EMI屏蔽變化：
導電性急劇下降（電阻率↑），電磁波反射能力減弱（如SE從50dB降至20dB）。
材料內部微裂紋增多，通過多次反射散射增強吸收損耗，部分補償反射損失。
深層技術邏輯與設計意義
動態調控核心：
應變-電導率耦合：利用胡克定律范圍內的彈性應變，直接改寫導電網絡拓撲結構（壓縮→致密化，拉伸→稀疏化）。
雙目標優化：拉伸態側重隱身模式（低反射/高吸收），壓縮態側重防護模式（高反射/強屏蔽）。
關鍵應用場景：
可穿戴智能防護服：
運動時（拉伸）：降低SE以增強通聯信號傳輸
受沖擊時（壓縮）：瞬時提升SE抵御電磁脈沖
自適應電磁密封墊圈：
設備振動時動態填補縫隙，壓縮態實現接觸面高屏蔽
當前技術瓶頸：
|
問題類型 |
壓縮應變模式 |
拉伸應變模式 |
|
循環穩定性 |
＞1000次后出現填料團聚 |
＞500次后導電網絡不可逆斷裂 |
|
響應靈敏度 |
應變5%時SE突變+40% |
應變20%時SE驟降-60% |
|
頻段普適性 |
低頻優化（＜6GHz） |
高頻優化（＞10GHz） |
前沿解決方案：
梯度填料分布設計：表層高密度填料的區域受壓時優先導通，避免拉伸時完全失效。
自修復基體集成：在聚二甲基硅氧烷（PDMS）中嵌入微膠囊修復劑，拉伸斷裂后釋放液態金屬重建通路。
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圖15.
(a) 形狀記憶型電磁干擾（EMI）屏蔽材料的調控機理；
(b) 相變響應型EMI屏蔽材料的調控機理。
解析
對兩類材料的機理深度剖釋
1. 形狀記憶型（圖15a）
觸發機制：
外部刺激：通過溫度/光/電場激活形狀記憶聚合物（如聚己內酯/聚氨酯），促使其從臨時形變恢復至原始構型。
微觀行為：
臨時態：材料被拉伸或壓縮時，導電填料（如銀納米線）網絡被拉斷或擠壓變形，導電性下降（SE↓）。
恢復態：刺激觸發聚合物鏈熵彈性恢復，強制導電填料重排重建逾滲網絡，SE回升至初始值。
性能優勢：
無損循環：恢復率＞95%（典型數據），優于普通彈性體材料。
2. 相變響應型（圖15b）
觸發機制：
溫度調控：在相變溫度點（如VO?的68℃），材料發生絕緣體-金屬相變（IMT）。
微觀行為：
低溫絕緣態：晶格結構抑制自由電子移動，主要依賴介電極化吸收電磁波（吸收損耗為主）。
高溫金屬態：晶格重構形成自由電子氣，強反射損耗主導屏蔽（SE驟升＞20 dB）。
關鍵創新：
閾值突躍特性：相變前后SE變化陡峭（如在5℃溫差內SE跳變30 dB），實現開關式調控。
技術對比與突破性應用
|
特性 |
形狀記憶型 |
相變響應型 |
|
響應速度 |
秒級（1–10 s） |
毫秒級（＜100 ms） |
|
循環壽命 |
＞1000次 |
＞10?次（相變無機械疲勞） |
|
激活能耗 |
中（需持續刺激） |
低（僅需觸發相變） |
|
典型材料 |
SMP/CNT復合泡沫 |
VO?納米涂層 |
革命性應用場景：
1、航天器可變形天線罩：
重返大氣層時高溫觸發形狀記憶恢復致密結構（SE↑），抵御再入電磁干擾。
2、5G基站智能散熱罩：
設備過熱時VO?相變提升SE，反射電磁波減少設備升溫，形成自調節閉環。
現存挑戰：
形狀記憶型：低溫環境恢復力顯著衰減（如-20℃時恢復率＜80%）。
相變響應型：VO?的窄溫域調控（66–74℃）難以覆蓋工業寬溫需求。
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圖16.
(a) 化學試劑響應型電磁干擾（EMI）屏蔽材料的調控機理；
(b) 跨角度響應型EMI屏蔽材料的調控機理。
解析
對兩類材料的機理深度剖釋
1. 化學試劑響應型（圖16a）
核心機制：
溶劑化效應：材料暴露于特定試劑（如有機溶劑、酸堿溶液）時，溶劑分子滲透基體，引發導電網絡拓撲重構。
典型案例：
DMSO（二甲基亞砜）處理：溶脹聚合物基體，拉伸碳納米管（CNT）間距，導電性↓ → EMI屏蔽從反射主導轉為吸收主導。
酸蒸氣刺激：質子化摻雜導電聚合物（如PEDOT:PSS），載流子濃度↑ → 電導率↑ → SE反射損耗驟增。
2. 跨角度響應型（圖16b）
創新原理：
角度協同效應：不同于普通角度依賴性材料，此設計通過異質層堆疊或各向異性微結構，在特定入射角（如15°–75°）觸發電磁波傳播路徑突變。
臨界行為：
臨界角以下：電磁波穿過多層界面發生相干干涉，吸收損耗倍增（如60°時SE_absorption占85%）。
臨界角以上：材料表面形成倏逝波陷阱，通過局域場增強耗散能量。
技術突破與性能對比
表格
調控類型 響應速度 可逆性 靈敏度閾值
化學試劑響應型 分鐘級 部分可逆* ppm級試劑濃度
跨角度響應型 納秒級 完全可逆 角度±2°
*注：酸/堿刺激通常可逆，溶劑溶脹可能導致塑性形變
變革性應用：
戰場動態偽裝：
噴灑化學試劑即刻切換電磁特征（如從高反射金屬態轉為隱身吸收態）。
6G智能波束調控：
基站利用角度響應材料實時優化毫米波輻射方向圖，減少信號干擾。
分子級調控機制詳解：
化學試劑型：
DMSO分子插入CNT間破壞π-π堆疊 → 電子躍遷勢壘↑ → 電導率↓10³倍。
跨角度型：
15°入射時異質界面處產生布儒斯特效應→ 透射波相干相消 → 吸收峰Q值＞200。
基于對調節機制的深入分析，本綜述總結了不同刺激響應下智能EMI屏蔽材料的設計策略和研究進展。智能EMI屏蔽材料通常通過將響應性粒子引入多界面結構中獲得，這是智能EMI屏蔽材料最常見的結構。多界面結構能夠直接或間接地改變材料導電網絡的完整性，從而實現EMI SE的 調節。通過化學試劑、壓縮/拉伸應變、形狀記憶、相變和交叉角度等外部刺激，已實現了EMI SE值的動態調整。應變響應型EMI屏蔽材料通過施加/釋放壓縮/拉伸應變來調節EMI SE值。形狀記憶響應型EMI屏蔽材料通過引入熱誘導形狀記憶聚合物構建，能夠在自固定機械變形下輕松調節EMI SE。相變響應型EMI屏蔽材料具有獨特的可逆相變特性，能夠改變導電性和介電常數，從而實現可逆的EMI屏蔽性能。化學試劑響應型EMI屏蔽材料則通過在不同化學環境下改變極化和衰減來調節EMI SE值。交叉角度響應型智能EMI屏蔽材料具有操作簡單和可控性優良的特點，能夠通過旋轉樣品角度來調節EMI屏蔽 性能。因此，智能EMI屏蔽材料能夠減少或消除有害電磁輻射，適應日益復雜的應用環境。https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.01.008
摘自《石墨烯研究》公眾號
