隔热透波型材料是一种同时兼备结构可调、耐热及透波等优异性能的多功能材料，其应用主要是各种航天飞行器的天线罩，天线窗及相关电子设备，使接收电磁波的设备不受外界环境的损害，同时隔绝掉热量保证器件的正常工作。如何同时实现高效的梯度热防护和透波性能在国防科技领域及电子器件领域具有较大的挑战。由于单向FPI气凝胶、高固含量PI气凝胶和FPI气凝胶/PCM复合材料的这些特征组成和独特的微观结构及其合理组合，本研究开发的不仅。基于FPI气凝胶及其复合材料与PCM的创新分层集成，本研究可能为开发先进功能材料及其结构设计提供有价值的见解，这些结构设计与热管理和电磁波传输同时应用。
近日，北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室汪晓东教授研究团队报道了一种具有良好的长期保温、短期热冲击的梯度热防护能力，同时具有低介电常数和损耗的聚酰亚胺气凝胶基三明治结构的相变复合材料，实现了实现高效的梯度热防护和透波性能。该研究成果以“Sandwich-Structured Fluorinated Polyimide Aerogel/Paraffin Phase-Change Composites Simultaneously Enables Gradient Thermal Protection and Electromagnetic Wave Transmission”为题发表在国际学术期刊《Advanced Science》。论文的第一作者为北京化工大学材料学院博士生史涛、硕士生敬建伟，通讯作者为刘欢副教授和汪晓东教授。该课题得到了北京市自然科学基金和中国科学院西部青年学者基金的资助。
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一种新型的聚酰亚胺（PI）气凝胶基三明治结构复合材料是基于单向氟化聚酰亚胺（FPI）气凝胶作为下层，非定向无序PI气凝胶作为中间层，非定向FPI气凝胶/石蜡相变复合材料作为上层。下层具有独特的单向多孔结构和超低介电常数1.04。上层所负载石蜡的潜热容高达242.7 J g-1，具有动态温度调节能力。无序的PI气凝胶中间层的存在可以有效防止石蜡从上层渗漏到下层。通过三层功能层的合理整合，所开发的三明治结构复合材料不仅可以为热物体提供长时间的梯度热保护，而且还具有优异的透波能力，可以在两个电磁屏蔽电子设备之间建立通讯。基于FPI气凝胶及其复合材料与PCM的创新分层集成，本研究为开发先进功能材料及其结构设计提供有价值的见解，这些结构独特设计与热管理和电磁波传输是同时应用，在飞机、航天器、雷达系统和卫星通信方面具有巨大的应用潜力。
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图1 (a) 中间层PI气凝胶SEM图；(b) 下层和中间层交界处的SEM图；(c) 上层和中间层交界处的SEM图；(d) OT-46基FPI气凝胶、OT-46/OT-46@N-22和OT-46@N-22复合材料示意图；加热180℃时OT-46基FPI气凝胶、OT-46/OT-46@N-22和OT-46@N-22复合材料的 (e) 红外热像图和 (f) 温度-时间曲线。自然冷却过程中的 (g) 红外热像图和 (h) 温度-时间曲线。加热180℃的OT-46/OT-46@N-22在侧面和表面 (i) 温度分布及j)温度-时间曲线；ODA/ODA@N-22、OT-46/OT-46@N-22、TFB/TFB@N-22的 (k) 红外热像图和 (l)温度-时间曲线。具有高孔隙率的低方向FPI气凝胶层具有优异的隔热性能，而中间层内加载的N-22通过其相变具有良好的动态温度调节能力。这保证了三明治结构复合材料具有良好的梯度热防护效果（图1）。另外，如下图2，进一步验证了三明治结构复合材料在2.4 GHz波段具有良好的透波性能，表明了这种低介电下层、中层和上层的组合使三明治结构复合材料获得良好的电磁波透过性。此种三种功能层与其各自结构-性能的有机结合，使得开发的三明治结构复合材料在隔热和电磁波传输的同时应用具有巨大的潜力。图2 (a) OT-46/OT-46@N-22复合材料通过蓝牙连接手机与可穿戴智能手环进行电磁波传输实验的数字照片；(b)夹层结构复合材料的热防护和波透射机理示意图。在过于的2024年中，汪晓东团队在相变材料多功能化设计制备及多目标应用研究领域中取得了一系列显著成果，其中所获基于聚酰亚胺气凝胶三明治结构相变复合材料在高温长时间红外热隐身及热调控中的应用成果发表在Advanced Functional Materials上（2024, 34, 2309269; https://doi.org/10.1002/adfm.202309269）、基于相变材料3D打印太阳能蒸发器在海水淡化中的应用成果发表在Advanced Functional Materials上（2024, 34, 2316504; https://doi.org/10.1002/adfm.202316504）、基于冠醚修饰相变材料微胶囊在太阳能驱动盐湖水淡化和铯离子同步收集的应用成果发表在Advanced Functional Materials上（2024, 34, 2408269; https://doi.org/10.1002/adfm.202408269）、基于聚乙二醇/聚膦腈固-固相变材料MXene膜整合体的多功能化应用成果发表在Small上（2024, 2407626；https://doi.org/10.1002/smll.202407626），上述研究成果相变材料在多领域推广应用开发提供了科学依据和开发思路。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202411758声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
