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華工郭建華、蔣興華團隊 CEJ：具有優異吸波性能和紅外/微波刺激響應形狀記憶功能的自修復型FCIP/RGO/PUU柔性復合材料

2025-04-20 來源：高分子科技

隨著無線通信技術的快速發展，電磁波輻射污染對人體健康和高靈敏度通訊設備的不利影響逐漸引起公眾的關注。因此，開發具有“厚度薄、質量輕、頻帶寬、吸收強”電磁波吸收能力的高性能吸波材料，對保障人體健康和通訊設備的正常運行非常重要。然而，傳統的電磁波吸收材料通常存在厚度大、柔性差、功能單一、無法自修復等瓶頸問題，限制了其在特定環境下的應用。

為此，華南理工大學郭建華教授和蔣興華研究員團隊通過等離子輔助球磨法制備具有核殼結構的羰基鐵粉（FCIP）/還原氧化石墨烯（RGO）雜化粉體，該粉體表面豐富的活性官能團使粉體能夠作為交聯中心，與合成的聚氨酯脲（PUU）彈性體進行交聯反應，制得具有優異力學性能和電磁波吸收性能的FCIP/RGO/PUU復合材料（圖1），其拉伸強度高達49.2 MPa，斷裂伸長率超過1100%。雜化粉體表面形成額外的缺陷和極性官能團，使得極化損耗最高提升3倍，電磁波損耗機制更加豐富，實現了對電磁波的磁/電協同損耗（圖2）。隨著RGO含量的增加，雜化粉體之間的等離子共振增強，結合1/4波長干涉效應，FR-2/PUU復合材料在厚度為1.76 mm時展現了特殊的連續雙峰吸收，材料的的有效吸收帶寬（EAB）達到7.03 GHz（10.97-18.00 GHz），最小反射損耗（RL_min）為?52.31 dB（圖3）。此外，利用PUU基體中的動態二硫鍵和多重氫鍵，以及FCIP/RGO雜化粉體對微波-紅外光的刺激響應，使復合材料能快速自修復，經過1 h微波加熱后復合材料的力學性能修復效率和吸波性能修復效率分別達到93%和95%。在經過5次回收再加工后，材料的拉伸強度可以保持90%以上，且有效吸收帶寬基本不變，展現出良好的可循環利用性。同時，該復合材料還具有對紅外和微波響應的形狀記憶能力（圖4和圖5）。FCIP/RGO/PUU復合材料在可穿戴設備、可變形機器人和電磁防護等領域具有廣泛的應用前景。該研究成果以題目“FCIP/RGO Functional Core-Enhanced Flexible Microwave Absorption Composites with Shape Memory Properties and Rapid Self-Healing Abilities Activated by Infrared and Microwave Stimuli”發表在《Chemical Engineering Journal》上。論文第一作者是華南理工大學材料科學與工程學院博士研究生閆曉，通訊作者是華南理工大學郭建華教授。該研究得到包括廣東省重點領域研發計劃項目（2024B0101040003）、國家自然科學基金（12274095），廣東省自然科學基金（2025A1515010389）和中山市重大科技項目（2020AG022）等資助。