近日，东南大学化工学院、无锡校区张久洋教授团队在国际知名期刊《Nature Communications》上发表题为《Cohering Particles via Weak Electromagnetic Waves for Highly Conductive Polymer Composites》的研究论文，提出了利用低能量电磁波优化导电填料在聚合物复合材料中接触网络的全新策略，该方法从19世纪经典的赫兹电磁实验和马可尼第一代检波器获得启发，显著提升了复合材料的导电性能，团队相关数项国内、国际专利已获得授权。
高分子导电复合材料是电气工程、消费电子、电子器件等国民经济领域中的关键材料。然而，为实现高导电性，通常需要填充大量昂贵的导电填料（如银粉、碳纳米管等），填充量常超过75 wt%，导致材料成本居高不下。尽管已有研究尝试通过复杂策略（特殊填料、表面改性、复合新工艺等）降低填充量，但其工业应用仍严重受限。
本研究从1887年赫兹电磁实验以及1895年马可尼与波波夫发明的第一代电磁波检波器的原理中获得灵感：即金属粉末在电磁波作用下发生凝聚，从高电阻态转变为低电阻态。张久洋教授团队将这些经典电磁现象引入聚合物复合材料体系，通过弱电磁波远程、快速地诱导导电颗粒间表面氧化物击穿，并利用焦耳热实现颗粒间的微观焊接，从而优化导电网络，简便地将复合材料的导电率提升3-4个数量级。
图1. 基于第一代检波器原理的利用低能量电磁波提升复合材料导电率的策略
本研究表明，基于该策略的柔性复合材料在功率低至10?? mW的电磁波下，实现瞬间响应，电阻从50 MΩ急剧下降至1 kΩ，完成了从绝缘体到导体的转变。这一过程极其迅速，仅需0.34微秒（图1）。此外，研究团队提出了“电磁波+瞬态电压”联合处理策略，可将优化后的导电网络永久锁定在复合材料中（图2），显著降低导电渗透阈值（如钢纤维从45 wt%降至15 wt%），并成功制备出导电率高达1.3×106 S/m的银-树脂复合材料，性能优于多数商用导电银浆。尤为重要的是，此项技术具有广泛的普适性，适用于碳材料、金属等多种导电填料及大多数聚合物体系。
图2. 低能电磁波提升复合材料的导电率的普适性证明
高分子复合功能材料是张久洋教授课题组的重要研究方向，主要探索高分子复合导电材料在电子功能器件和电子封装基础材料中的科学理论与应用前景。论文第一作者为博士生汪晓涵，张久洋教授是论文的唯一通讯作者，东南大学为第一通讯单位，该研究成果得到国家自然科学基金、江苏省国家自然科学基金的资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-65443-2
