大连工业翟尚儒教授&釜山国立Chang-Sik Ha教授 JMCA封面综述：海洋多糖基电磁波吸收/屏蔽材料设计理念、结构及性能研究进展

2022-09-02 来源：高分子科技

便携式电子设备和5G通信技术的飞速发展以及我国国防事业的重大战略需求推动着多功能型电磁响应材料在军事和民用领域的快速发展。近年来，对于其设计原理的深入探索及制备方面的技术难点攻克不但缓解了日益严重的电磁污染问题，更为国内相关领域实质性应用提升做出了贡献。然而，传统的电磁响应材料受到其自身较为单一的电磁衰减机制的限制，较难实现电磁衰减性能的进一步提升。当前，基于可持续发展战略和绿色能源理念，广大研究人员已将目光转向了对环保型多功能电磁响应材料的开发和利用，以实现较薄厚度下的电磁波的宽频段、多频段的强吸收以及电磁衰减机制的完善。

近日，大连工业大学翟尚儒教授和韩国釜山国立大学Chang-Sik Ha教授在国际期刊Journal of Materials Chemistry A上发表了题为“Marine polysaccharide-based electromagnetic absorbing/shielding materials: design principles, structure, and properties”的综述性工作并被评选作期刊的Back Cover。这项工作围绕海洋多糖基电磁波吸收和电磁干扰屏蔽材料的最新研究进展，对其电磁衰减机制、制备方法以及衰减特性做出了详尽的总结性论述，并结合当代科技水平和需求对未来海洋多糖基电磁波吸收和电磁干扰屏蔽材料的发展前景和方向做出了预测，为电磁响应材料设计思路的优化和高效利用提供了理论性探讨。该工作第一作者为大连工业大学在读博士生王洪瀚，通讯作者为翟尚儒教授和Chang-Sik Ha教授。

1.基于海洋多糖的电磁波吸收和电磁干扰屏蔽材料的研究进展：

（1）电磁响应材料广泛应用于军事和民用领域以提高军事实力、通讯技术以及缓解电磁污染问题；
（2）面对化石能源紧缺和污染严重的现状，生物质材料凭借其固有的独特微观结构和性质被视作制备电磁响应材料的天然模板，为制备低成本、无污染的高性能材料提供了新的途径；
（3）海洋多糖作为生物质材料的主要来源之一，在电磁波吸收和电磁干扰屏蔽领域均取得了较大进展。其优势在于结合生物质和气凝胶的独特优势来调节电磁响应材料的介电常数和磁导率之间的平衡，实现阻抗匹配和衰减常数的协同作用机制；
（4）该工作通过阐述海洋多糖基电磁波吸收和电磁干扰屏蔽材料的设计原则、结构和性质，以及总结这些材料的发展前景和面临的挑战，为生物质基电磁响应功能材料设计合成和性能强化研究提供了借鉴。

海洋多糖在电磁波吸收和电磁干扰屏蔽领域的应用

2.基于海洋多糖的电磁波吸收和电磁干扰屏蔽材料的电磁衰减机制：

（1）电磁波吸收机理：电磁波的产生、传播和衰减；电磁参数；性能表征；影响因素；

海洋多糖基材料的电磁波吸收机理

（2）电磁干扰屏蔽机理；

海洋多糖基材料的电磁干扰屏蔽机理

3.海洋多糖基电磁波吸收材料：

（1）海藻多糖及其衍生物：海藻多糖基气凝胶；海藻多糖基衍生碳/磁性粒子复合气凝胶；海藻多糖基衍生碳/磁性粒子复合气凝胶的电导率调控；杂原子掺杂的海藻多糖衍生碳基气凝胶；
（2）壳聚糖基气凝胶；
（3）其他海洋多糖衍生碳基吸收剂。

海洋多糖基材料在电磁波吸收领域的深入研究，为构建磁/介复合多重损耗机制提供了一种绿色、有应用前景的环境友好型策略。该路线有效地克服了单一磁性材料密度过大、易腐蚀、有效吸收带宽较窄、制备工艺复杂、单一介电材料阻抗不匹配等缺点。此外，有关组分和微观结构的双重调节机制有效作用于阻抗匹配和衰减常数，有助于实现电磁波吸收性能的突破。

然而，大多数海洋多糖基电磁波吸收材料的吸收频段集中在中高频区，其微观多孔结构的稳定性也很难得以控制。此外，磁性粒子尺度的不可控性导致碳骨架的形成受到抑制，且很难最大程度地发挥磁损耗的优势。杂原子掺杂是拓宽有效吸收频段的有效途径。未来应重点研究基于海洋多糖的低频电磁波吸收，探索更多类型的杂原子掺杂工程，促进海洋多糖基电磁波吸收材料的集成和高效开发。

4.海洋多糖基电磁干扰屏蔽材料：

（1）海洋多糖/MXene复合基气凝胶；
（2）海洋多糖/导电填料复合基气凝胶；

用导电材料取代传统的金属材料，通过提高导电性和减小厚度来制备轻质多功能海洋多糖基电磁干扰屏蔽材料是一种有效的策略。海洋多糖为一系列导电材料提供了稳定的化学环境和强大的结合力，协助导电材料构建多层反射结构。然而，原材料的可燃性和腐蚀性，制备过程中所需的苛刻的反应条件，生产过程中产生的有机和酸性废水，以及一些对人类健康、设备和环境构成威胁的因素，应该引起研究人员关注。此外，具有不同的表面化学性质和可调节电导率的多功能海洋多糖基电磁干扰屏蔽材料也是未来的研究热点。

5.结论和展望

海洋多糖作为一类代表性的天然高分子生物质，在电磁波吸收和电磁干扰屏蔽领域有着潜在的应用价值。从目前的研究现状来看，尽管在其化学成分的可调性、微观结构的可设计性以及优异性能的开发等方面取得了一些进展，但海洋多糖基电磁响应材料仍面临诸多挑战，分别从以下四个方面做出了前瞻性预测。

（1）当下迫切需要开发一些可控手段和策略来优化海洋多糖材料的多孔微观结构，有助于海洋多糖基电磁响应材料的功能成分设计；
（2）应采用更有效的高科技手段探索海洋多糖基电磁响应材料的晶体结构和电子特性，以预测其电磁参数和衰减机制；
（3）在后续的研究中，应将海洋多糖独特的结构优势与具有不同电磁特性的材料相结合，设计出各种具有频段调节功能的高性能电磁响应材料；
（4）通过多学科交叉策略结合科学计算和理论模型来分析和验证电磁衰减机制，以便准确预测海洋多糖基电磁响应材料的未来发展前景。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D2TA03529D

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻