跟着千兆赫通讯技能的快速的提高，电磁搅扰与辐射污染问题日渐严峻。传统电磁屏蔽资料难以统筹高功用与多功用特性，尤其是在柔性可穿戴设备中面对低温冻住和机械脆性等应战。虽然有机水凝胶可提高抗冻功用，但其导电性往往缺乏，导致屏蔽功率下降。现有资料在恶劣环境下简单因机械损害而失效，亟需开发兼具高屏蔽效能、环境适应性和自愈合功用的新型资料。

　　近来，陕西科技大学黄文欢教授、MaJiacheng和天津大学吴凡教授协作成功研制出一种多功用Fe@C/TPS纳米复合水凝胶，该资料经过引进富氮氮唑结构衍生的多孔碳，显着提高了离子导电性与机械强度。该水凝胶在X波段完成了高达56.97 dB的电磁屏蔽效能，并具有快速应变呼应才能（呼应时刻200 ms，应变因子GF = 4.7）。即便在-20°C低温文60%拉伸应变等极点条件下，其屏蔽与传感功用仍坚持安稳。此外，资料内部动态氢键网络赋予其优异的自愈合才能，在机械损害后屏蔽效能康复率超越92%。相关论文以“Nitrogen-Rich Azolate Framework-Derived Porous Carbon Nanocomposite Hydrogels Shielding Material with Tunable Dynamic Bonding-Induced Self-Healing Properties”为题，宣布在

　　研讨人员首要经过溶剂热法组成富氮金属有机结构作为前驱体，经梯度金属掺杂与高温热解，制备出嵌入金属纳米颗粒的多孔碳资料Fe@C。该资料具有接连散布的层级多孔结构，不只优化了阻抗匹配，还为电磁波供给了多重反射与散射途径。在复合水凝胶的制备进程中，FeCl₃与单宁酸的酚羟基构成可逆金属配位键，一起与聚乙烯醇和淀粉分子构建氢键网络，构成动态交联体系。这种结构使资料在受损后能快速重建氢键与配位键，完成高效自愈合。此外，水-乙二醇二元溶剂体系的引进大大降低了体系的冰点，赋予资料优异的抗冻功用。

　　图1展现了Fe@C/TPS纳米复合水凝胶的制备流程与多功用机制。a部分描绘了金属有机前驱体的组成与热解进程，生成具有多孔结构的Fe@C纳米颗粒；b部分展现了水凝胶的拼装进程，包含单宁酸、PVA、淀粉与Fe@C的复合；c部分提醒了动态氢键介导的自愈合进程；d部分演示了资料在零下环境中的低温功用；e与f部分别离出现了电磁屏蔽使用场景与应变传感功用。

　　图 1 ： Fe@C/TPS 纳米复合水凝胶的制备流程与多功用机制示意图 a) 金属有机前驱体的组成与受控热解制备 Fe@C 纳米颗粒； b) Fe@C/TPS 水凝胶的制备进程； c) 动态氢键介导的自愈合进程； d) 资料在零下环境中的抗冻功用展现； e) 电磁屏蔽使用场景； f) 应变传感功用使用。

　　图2对金属-碳粉末的微观结构与化学成分进行了体系表征。扫描电镜图画与元素散布图显现，Fe@C填料具有层级多孔结构，跟着金属掺杂量从5%增至13%，比表面积逐渐上升。X射线衍射图谱确认了石墨碳的成功生成，X射线光电子能谱进一步提醒了碳、氮、铁元素的化学状况与电子结构改变。拉曼光谱中D峰与G峰强度比随铁含量添加而下降，标明金属掺杂促进了碳网络的石墨化，优化了电子传输途径。

　　图3要点展现了复合水凝胶的力学与自愈合功用。资料表现出优异的可塑性与耐性，能接受近百倍于本身分量的负载。应力-应变曲线 kPa。在不同应变下，资料的电磁屏蔽效能坚持安稳，60%应变下仍保存约80%的原始功用。自愈合试验与分子动力学模仿证明，资料在60°C湿热条件下10分钟内就可以康复99%的拉伸功用与74%的电导率，屏蔽效能康复率达92.75%。

　　图 3 ：复合水凝胶的力学与自愈合功用 a) 资料的可塑性与耐性展现； b) 不同前驱体含量下的应力 - 应变曲线； c) 最优组分在接连拉伸 - 卸载进程中的滞后曲线； d) 最优组分在不同应变下的电磁屏蔽功用； e) 开裂行为：（ i ）微观图画，（ ii ）开裂机理示意图，（ iii ）分子动力学模仿； f) 自愈合行为：（ i ）愈合后相片，（ ii ）愈合机理示意图，（ iii ）分子动力学模仿； g) 愈合前后结构演化（二维模型）； h) 作为可修正连接器时的电导率康复； i) 愈合前后机械功用与电导率比照； j) 愈合前后电磁屏蔽效能比照； k) 与文献报导的自愈合水凝胶在机械康复功率与电磁屏蔽效能方面的功用比照。

　　图4体系评价了资料的电磁屏蔽功用。跟着金属掺杂浓度与填料含量的添加，总屏蔽效能显着提高，5 mm厚度下到达56.97 dB，为商用规范的2.85倍。反射与吸收剖析标明，资料以吸收为主导屏蔽机制，其接连多孔结构有用增强了电磁能量的耗散。实测中，资料不只能屏蔽特斯拉线圈发生的电磁搅扰，还能在拉伸状况下完成“应变呼应电磁效应”，展现出智能调控潜力。

　　图 4 ：复合资料的电磁屏蔽功用与使用展现 a) 金属掺杂浓度对屏蔽效能与吸收功率的影响； b) 填料含量对屏蔽效能与吸收功率的影响； c) Fe@C-13 – 15% 水凝胶厚度对电磁屏蔽功用的影响； d) 填料含量与电导率的联系； e) 电磁波吸收与反射特性； f) 与已报导资料的 SEA/SET 比值比照； g) 水凝胶在实践使用中的信号屏蔽功用演示。

　　图5进一步展现了资料在运动监测与压力传感方面的使用潜力。水凝胶贴附于手指、肘部和腕部关节时，能精确捕捉不同起伏与频率的运动信号，并输出安稳的电流呼应。在压力传感测验中，资料表现出快速的呼应与康复特性（200 ms），并在书写测验中明晰区别不同字母的压力形式，显现出高精度辨认才能。

　　图 5 ： Fe@C/TPS-13 – 10% 复合资料的传感功用 a) 不同应变下的相对电阻改变； b) 相对电阻随拉伸应变的改变联系； c) 肘部运动监测的传感信号； d) 手指曲折监测时的电流信号； e) 人体模型； f) 腕部曲折时的电流呼应； g) 压缩下的电流改变； h) 按压 - 开释循环中的呼应 / 康复时刻； i) 书写不同字母时的实时电流特征； j) 在拉伸与歪曲变形下的电安稳性。

　　综上所述，本研讨成功开宣布一种集抗冻、可拉伸、自愈合、电磁屏蔽与应变传感于一体的多功用水凝胶。该资料在极点低温环境下仍坚持优异的机械完整性、屏蔽效能与传感功用，突破了传统资料在导电性、耐性与抗冻性之间的权衡约束，为下一代柔性电子设备在恶劣环境下的使用供给了牢靠的资料根底与技能途径。