随着电磁干扰（EMI）屏蔽材料应用环境的复杂化，在要求电磁屏蔽效能（EMI SE）可调节的情况下，具有固定EMI SE材料面临着难以满足使用需求的困境。形状记忆聚合物（SMPs）可以在不施加任何外力的情况下记忆并保持不同的形状，并在热、光或电等外界刺激下恢复到初始形状。因此，将形状记忆效应（SME）集成到EMI屏蔽材料，是一种在自固定变形下实现SE调节的可行方案。而形状记忆能力的赋予往往是在基体材料中涂覆或填充额外的绝缘聚合物，这可能导致材料制备过程复杂和导电性能受限等潜在缺陷。因此，在不额外引入的绝缘聚合物的情况下，通过可自固定的变形来实现EMI屏蔽性能调节具有重要的研究意义。近期，西南交通大学王勇教授团队提出了一种基于具有形状记忆能力的EPA复合泡沫制造智能EMI屏蔽材料的极简策略。其中，采用牺牲模板法和化学交联法制备了EVA泡沫，以此作为形状记忆框架赋予该复合材料形状记忆效应(SME)，进一步，采用PPy（聚吡咯）和AgNPs（银纳米粒子）作为导电层修饰EVA泡沫（称为EPA泡沫）骨架实现三维(3D)导电网络的构建，最终通过根据SME控制和固定EPA泡沫的压缩程度实现自固定变形下EMI SE的调节。该研究成果以“Multifunctional shape memory
foam composites integrated with tunable electromagnetic interference shielding
and sensing”为题发表在《Chemical Engineering
Journal》期刊。论文的第一作者为西南交通大学博士研究生陈杰，西南交通大学王勇教授为通讯作者。
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图1. EVA泡沫（a）和EPA泡沫（b）制备过程。
EVA泡沫表现出显著的可逆压缩性，EPA泡沫经过PPy和Ag导电层修饰后仍保持着优异的可逆压缩性能。图2a显示EPA泡沫极限压缩应变从53.48
%连续下降到47 %，表明在一定程度上削弱了泡沫的变形能力，但仍然保持着优异的可逆压缩性。图2c展示的实物照片也可以直观地反应压缩回弹过程。图2e表明所有样品都可以记忆临时形状，但表现出不同的响应。E12（EVA）样品不能完全恢复到原来的形状，这是由于压力迫使分子链相互扩散，导致紧密接触的孔壁之间黏附。相比之下，由于包覆在EVA泡沫表面的PPy层阻碍了EVA分子链相互扩散，而Ag层在泡沫表面的进一步覆盖使得相邻的孔壁几乎无法相互接触，E12P1A20（EPA）可以完全恢复到原来的形状，并且恢复时间缩短。如上述结果所述，EPA泡沫表现出显著的可逆压缩性能和形状记忆能力。
图2.（a-c）不同预设应变下的可逆压缩性；（d）未交联和交联EVA泡沫的DSC曲线；（e）形状记忆行为；（f）泡沫形状适应性；（g）EPA泡沫的形状记忆机理示意图。
电导率被认为是影响EMI屏蔽材料的EMI SE的重要因素，PPy层有利于AgNPs在EVA泡沫上均匀生长，从而实现泡沫框架上产生增强导电网络（图3a），因此E12P1A20样品在X波段内的SET平均值高达107.45 dB（图3b）。此外，研究了EPA泡沫的耐久性，经过25次压缩释放循环后，E12P1A10泡沫的EMI SET仅下降12.79 %（图3d）。与之前报道的其他基于形状记忆泡沫的EMI屏蔽材料比较，所制备的EPA泡沫可以在相对薄的厚度范围内实现优异的电磁屏蔽性能（图3e），这主要归因于避免了额外绝缘聚合物的引入。图3f展示了通过形状记忆程序获得的各种压缩应变下的EPA泡沫表现出不同的EMI SE，具有可调的电磁屏蔽性能。
图3. 不同样品的导电性能（a），电磁屏蔽性能（b），ER，SEA，SET平均值比较（c）；25次压缩/释放循环前后电磁屏蔽性能比较（d）；EPA与其他报道的形状记忆泡沫的EMI比较；不同压缩应变下的EPA泡沫材料的电磁屏蔽性能（f）以及可调EMI屏蔽机制示意图（g）。
【传感性能】
如图4a-4c所示，E12P1A20泡沫的电导率与压缩应变呈负相关，这是可能是基于导电路径的弱化。并且EPA泡沫在不同的动作下会产生各种电信号，并且这些电信号之间存在明显差异，例如信号形状和强度（图4d-4f）。综上所述，EPA泡沫有望被用作可穿戴传感器来监测人类活动。
图4. E12P1A20样品在不同预设应变2.5 %（a），5 %（b），10 %（c），电信号下对各种动作的相对电阻变化，包括按压（d），弯曲（e）和扭转（f）以及应变传感机制的示意图（g）。综上所述，作者采用牺牲模板法和化学交联法构建了基于EVA泡沫的形状记忆框架，分别通过气相聚合和化学镀在EVA泡沫表面涂覆PPy和AgNPs，在保证泡沫自身具有优异EMI屏蔽性能的同时，通过控制形状记忆效应实现了自固定SE从61.6
dB到6.23 dB的宽可调节。此外，EPA泡沫可用于监测各种动作，包括按压、弯曲和扭转等，有望成为集成智能保护和可穿戴传感的多功能材料的理想选择。原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143373作者|王勇
校审|邱健
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