在蓬勃发展的5G通信技术和互联网时代，电子产品几乎伴随着人们的整个生命周期。电磁波在给人们带来极大便利的同时，也导致了电磁污染和信息泄露。因此，高性能的电磁干扰（EMI）屏蔽材料已经成为当前的一个研究热点。除了高的EMI屏蔽效能外，强的机械性能也是屏蔽材料至关重要的一个技术指标，特别是在航空航天、建筑工程、汽车制造等领域。尽管纤维增强复合材料在EMI屏蔽领域已经取得了长足的进步，但是目前的树脂封装材料只起到结构属性，应用前景受到严重限制。因此，急需寻找传统封装材料的替代品来满足更广阔的市场需求，如屏蔽安全屋的能源利用率控制、电磁波阻拦的同时寻求其他信息的有效载体、除电磁波以外的信息加密和释放。
本工作制备了一种基于多重氢键作用的超分子固-固相变聚乙二醇（ScPEG）涂层，并被用于封装银纳米线（AgNWs）修饰的玻璃纤维织物（A-GFF）。ScPEG通过具有活性端基的聚乙二醇水解-缩合得到，其保留了原始聚乙二醇相变特性的同时具有优异的形状稳定能力。特别地，ScPEG、AgNWs和GFF之间的氢键有助于增强界面相互作用，由此产生的坚固结构使应力得以有效传递。经ScPEG封装的A-GFF可以实现高达206 MPa的拉伸强度，以及40到72 dB的可调谐EMI屏蔽效能。ScPEG封装的A-GFF熔化焓和结晶焓分别为62.9 J g-1和52.2 J g-1，具备良好的潜热存储和释放能力。此外，ScPEG封装的A-GFF还具备突出的焦耳热效应，可以实现热量的快速补充。特别地，ScPEG封装的A-GFF层合板通过特殊的阵列控制，可以实现高达29种信息组合，同时在特定的温度窗口下可以实现信息的加密与释放。因此，ScPEG封装的A-GFF在航空航天、建筑工程、军事装备等领域具有广阔的应用前景。
图1 ScPEG封装A-GFF的制备示意图及其EMI屏蔽、焦耳热、潜热存储和信息加密特性
图2 ScPEG封装A-GFF的测试表征
图3 ScPEG封装A-GFF的EMI屏蔽性能
图4 ScPEG封装A-GFF的热管理性能
图5 ScPEG封装A-GFF的信息加密性能
相关研究成果以“Robust solid-solid phase change coating encapsulated glass fiber fabric with electromagnetic interference shielding for thermal management and message encryption”为题发表在Advanced Functional Materials（2024, 10.1002/adfm.202409146）期刊上。中北大学材料科学与工程学院梁超博副教授为第一作者，中北大学刘亚青教授和西北工业大学顾军渭教授为共同通讯作者。此研究工作得到国家自然科学基金、山西省基础研究计划项目、山西省“1331工程”重点创新团队、山西省新材料产业创新学科群项目、陕西省科技创新团队和陕西省“三秦学者”创新团队的资助支持。
Chaobo Liang, Qiangqiang Huo, Jiamin Qi, Yali Zhang, Chunlei Liu, Yaqing Liu* and Junwei Gu*. Robust solid-solid phase change coating encapsulated glass fiber fabric with electromagnetic interference shielding for thermal management and message encryption. Advanced Functional Materials, 2024, 34: 2409146. DOI: 10.1002/adfm.202409146. (2023IF=18.5)
https://doi.org/10.1002/adfm.202409146
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