南京理工大学 在柔性电磁吸收器取得重要进展 《Advanced Materials》

离子迁移率工程平衡阻抗匹配与电磁损耗。

DNPAMPS离子凝胶在[EMI][MS]离子液体介质中经过合理设计与合成（图1a）。首先将AMPS（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸）单体与PMMA直接加入[EMI][MS]离子液体中，经搅拌与超声溶解处理。随后，在交联剂和光引发剂的帮助下，通过一步原位紫外光聚合获得了DNPAMPS离子凝胶。红外，XPS表明，PAMPS的阴离子聚合物链与离子液体的咪唑鎓阳离子发生强相互作用，这有利于影响后续部分的电磁响应。此外，还进行了第一性原理计算，以研究PAMPS与IL之间的结合能与PAM与IL之间的结合能的差异。密度泛函理论（DFT）揭示了PAMPS与IL阳离子之间的结合能更强。进一步证实了基于PAMPS的离子凝胶中聚合物网络与离子液体之间的相互作用更强。

如图2a所示，三种离子凝胶的实介电常数（ε′）值均相似。然而，它们的虚部介电常数（ε″，图2b）存在差异：DNPAMPS和SNPAMPS在整个频带内显示出较高的ε″，而DNPAM具有最低的ε″，表明其电介质损耗能力最弱。在介电常数的实部，三种离子凝胶表现出相似的数值和趋势。然而，DNPAM在虚部显示出最小值，表明其对电磁波的耗散能力较弱。随后，为探究三种离子凝胶的相互作用差异，通过电化学阻抗谱法（EIS）[11]对制备的离子凝胶进行了离子电导率测量。结果表明，DNPAMPS、DNPAM 和 SNPAMPS 的离子电导率分别为 4.63、9.19 和 5.75 mScm−1（图 2c）。

在研究其介电特性和机制后，基于传输线理论确定了所有凝胶的电磁波吸收性能。在电磁波吸收性能评估方面，反射损耗（RL）和EAB参数是其电磁波吸收性能的关键指标（原理：当RL值小于-10dB时，超过90%的入射电磁波被吸收）。图3a–f展示了不同厚度样品的频率依赖性反射损耗三维分布图。DNPAMPS在X波段和K波段均呈现宽带超低反射损耗区域，而SNPAMPS的吸收能力明显较弱，DNPAM则居中。

除了通过离子凝胶中的分子间静电相互作用抑制离子迁移率从而增强微波吸收性能外，理解这些相互作用如何影响凝胶的力学性能也具有重要意义。首先进行了拉伸测试，图4a显示了DNPAMPS、DNPAM和SNPAMPS的结果。DNPAMPS表现出最高的抗拉强度，是DNPAM的7.13倍，是SNPAMPS的5.17倍（图4b）。这种增强归因于能够消散应力的双网络结构，以及作为额外交联点的PAMPS-IL静电键，从而形成更坚韧的网络。尽管DNPAM具有152.3%的高断裂应变，但由于缺乏显著的分子间静电作用，其抗拉强度受到限制。图4c所示为DNPAMPS的光学图像，在扭转条件下展现出一定的机械柔韧性。

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除机械强度外，电磁波吸收凝胶（如用于红外隐身）的潜在实用价值取决于其隔热性和耐温性。因此，为探究新制备离子凝胶的应用前景，系统研究了其隔热性能与耐温特性。采用红外相机检测所得离子凝胶的隔热性能。据此，作者对DNPAMPS、DNPAM和SNPAMPS的隔热特性进行了直观对比。值得注意的是，所有离子凝胶在合成完成后均置于100℃热板上加热。图5a展示了样品在0至20分钟不同时间点获取的热红外图像。如图5b所示，20分钟后DNPAMPS表面温度稳定在约78℃，显著低于DNPAM（约90℃）和SNPAMPS（约92℃）。所有样品均能阻挡来自温暖物体（如手掌，见图5c）的热红外辐射，但DNPAMPS的外表面温度最接近环境温度，表明其在红外隐形应用中最具潜力。DNPAMPS的卓越隔热性能可能源于其紧密交联的离子对网络结构，该结构阻碍了热量传递（固定化的离子液体不像流动性更强的DNPAM或SNPAMPS那样容易传导热量）。