智能电磁屏蔽材料的制备及应用

张文博; 梁恩浩; 胡美群; 汪旗; 周志军; 卫林峰; 吕斌; 马建中; 牛严谟; 赵梦琪

doi:10.7536/PC20250723

化学进展 ›› 2026, Vol. 38 ›› Issue (4) :731-740 DOI: 10.7536/PC20250723

综述与评论

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智能电磁屏蔽材料的制备及应用

张文博 ¹^,^* ,
梁恩浩 ¹ ,
胡美群 ²^,^* ,
汪旗 ³ ,
周志军 ³ ,
卫林峰 ⁴ ,
吕斌 ¹ ,
马建中 ¹ ,
牛严谟 ¹ ,
赵梦琪 ¹

作者信息 +

Preparation and Application of Smart Electromagnetic Interference Shielding Materials

Wenbo Zhang ¹^,^* ,
Enhao Liang ¹ ,
Meiqun Hu ²^,^* ,
Qi Wang ³ ,
Zhijun Zhou ³ ,
Linfeng Wei ⁴ ,
Bin Lv ¹ ,
Jianzhong Ma ¹ ,
Yanmo Niu ¹ ,
Mengqi Zhao ¹

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摘要

电磁屏蔽材料可以保护人体免受电磁波危害，保证电子设备正常工作。传统电磁屏蔽材料的电磁屏蔽性能受到其固定的结构、尺寸限制，难以根据外部环境变化进行动态调控，开发智能电磁屏蔽材料是解决这一问题的手段之一。智能电磁屏蔽材料可以对外界不同的刺激进行响应，从而改变自身屏蔽性能，进而更好地适应不同的使用环境。本文针对智能电磁屏蔽材料的研究工作进行综述，首先简要阐述了智能电磁屏蔽机制，包括应力响应机制、温度响应机制、湿度响应机制、化学刺激响应机制和其他响应机制（电响应机制、交叉角响应机制），其次总结分析了不同智能电磁屏蔽材料的制备方法和应用性能，最后就智能电磁屏蔽材料在响应时间、响应灵敏度、响应机制和屏蔽效能等方面的发展进行了展望。

Abstract

Electromagnetic interference shielding materials can protect the human body from the harm of electromagnetic waves and ensure the normal operation of electronic devices. The electromagnetic interference shielding performance of traditional electromagnetic interference shielding materials is limited by their fixed structure and size， making it difficult to dynamically adjust according to changes in the external environment. Developing electromagnetic interference shielding materials with smart response capabilities is one way to solve this problem. Smart electromagnetic interference shielding materials can respond to various external factors better， adapting to different usage environments. This article provides a comprehensive review of the research work on smart electromagnetic interference shielding materials. Firstly， the smart response electromagnetic interference shielding mechanisms are briefly explained， including the stress response mechanism， temperature response mechanism， humidity response mechanism， chemical stimuli response mechanism， and other response mechanisms （electric response mechanism， cross-angle response mechanism）. Secondly， the preparation methods and application performances of different smart electromagnetic interference shielding materials were summarized and analyzed. Finally， the development of smart electromagnetic interference shielding materials is looked forward to in terms of response time， response sensitivity， response mechanisms， and shielding efficiency.

Contents

1 Introduction

2 Smart response electromagnetic interference shielding mechanisms

2.1 Stress response mechanism

2.2 Temperature response mechanism

2.3 Humidity response mechanism

2.4 Chemical reagent response mechanism

2.5 Other response mechanisms

3 Smart electromagnetic interference shielding materials

3.1 Stress-responsive smart electromagnetic interference shielding material

3.2 Temperature-responsive smart electromagnetic interference shielding material

3.3 Humidity-responsive smart electromagnetic interference shielding material

3.4 Chemical reagents-responsive smart electromagnetic interference shielding materials

3.5 Other responsive smart electromagnetic interference shielding materials

4 Conclusions and outlook

Graphical abstract

关键词

电磁屏蔽 / 电磁辐射 / 智能材料 / 智能响应

Key words

electromagnetic interference shielding / electromagnetic radiation / smart materials / smart response

引用本文

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张文博, 梁恩浩, 胡美群, 汪旗, 周志军, 卫林峰, 吕斌, 马建中, 牛严谟, 赵梦琪. 智能电磁屏蔽材料的制备及应用[J]. 化学进展, 2026, 38(4): 731-740 DOI:10.7536/PC20250723

Wenbo Zhang, Enhao Liang, Meiqun Hu, Qi Wang, Zhijun Zhou, Linfeng Wei, Bin Lv, Jianzhong Ma, Yanmo Niu, Mengqi Zhao. Preparation and Application of Smart Electromagnetic Interference Shielding Materials[J]. Progress in Chemistry, 2026, 38(4): 731-740 DOI:10.7536/PC20250723

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1 引言

物联网、微型电子设备、智能可穿戴设备及高频电子器件的广泛应用导致电磁辐射污染加剧^[1-3]。一般的电磁屏蔽材料虽能提供稳定的屏蔽效能，但在复杂电磁场景下（如多频段信号共存、设备间电磁干扰耦合），其结构无法实现实时调控，导致电磁兼容性不足^[4-8]，难以适应动态电磁环境的需求^[9-11]。为了解决这一问题，开发智能电磁屏蔽材料成为研究热点之一^[12-13]，这类材料可通过应力、温度、湿度或化学刺激等动态调节电磁屏蔽材料的电磁屏蔽性能，在信号传输控制^[14-17]、军事隐身^[18-21]及人体健康保护^[22-26]等领域具有重要应用价值。

智能电磁屏蔽材料的核心在于集成电磁屏蔽单元与智能模块：前者（如导电填料、磁性填料）负责提供电磁屏蔽性能，后者（如形状记忆聚合物、相变材料）通过改变材料结构或载流子浓度变化实现功能切换。常见的智能模式按照响应类型可分为应力响应^[27-32]、温度响应^[33-36]、湿度响应^[37-40]和化学刺激响应^[41-42]等。工作机制主要包括：（1）改变材料电导率或磁导率，基于介电/磁损耗进行调控（如VO₂相变改变电导率）；（2）通过自身形变重构导电网络（如利用形变致使导电填料接触/分离）；（3）利用极性分子介电效应（如湿度敏感）。

基于此，本文首先对智能电磁屏蔽材料的响应机制进行论述，重点解析了应力、温度、湿度、化学刺激和其他类型智能电磁屏蔽材料的响应机制；然后通过对比不同类型的智能电磁屏蔽材料的制备方法和应用性能，分析了不同响应模式的优缺点；最后就智能电磁屏蔽材料在响应时间、响应灵敏度、响应机制和屏蔽效能等方面的发展进行了展望。

2 智能电磁屏蔽机制

电磁屏蔽过程主要指通过使用电磁屏蔽材料对电磁波进行反射或吸收。对于电磁屏蔽材料的屏蔽机制，目前主要由传输线理论解释，可以分为三种主要损耗机制：反射损耗、吸收损耗和多重反射损耗。电磁屏蔽材料的屏蔽性能通常与样品厚度、电导率、磁导率和介电常数有关。

智能电磁屏蔽材料是在电磁屏蔽材料基础上引入智能材料以获得屏蔽性能可调的性质。智能材料可以响应外界刺激改变自身特性（电导率、介电常数等）或形状（厚度、交叉角等），以实现屏蔽性能的改变。根据刺激类型的不同，可以将智能电磁屏蔽材料分为应力响应材料、温度响应材料、湿度响应材料、化学刺激响应材料和其他类型响应材料等。

2.1 应力响应机制

通过施加应力对材料进行压缩^[43-45]、拉伸^[46-47]，材料形状发生改变，其微观结构也随之发生改变，并使得材料的性能发生变化。

根据谢昆诺夫公式，电导率和厚度是衡量材料屏蔽性能的关键因素，电导率越高，材料越厚，材料的屏蔽效能越高。应力之所以能改变材料屏蔽性能，一方面是因为材料在外力作用下发生变形，材料内部导电填料的相对位置发生变化，使得其导电网络重新排列，而导电网络的完整性影响材料的电导率大小，导电网络越完整，电导率越高，材料的电导率会影响屏蔽效能的大小；另一方面，在外力作用下，材料的厚度发生改变也会直接影响材料的屏蔽效能。

应力对于电磁屏蔽材料的屏蔽性能改变在低应变和高应变下机制有所不同。低应变下材料的厚度没有明显变化，此时屏蔽性能的变化主要依赖导电网络的变化，导电填料之间的距离越近，导电网络越完整。所以在低应变下，电导率大小决定材料的屏蔽性能大小。而在高应变下，材料的厚度对屏蔽性能起决定作用，因为在高应变下，材料的导电网络完整度已经达到最大值，并且此时材料的厚度变化更加明显，厚度的减小更大程度上会影响材料的屏蔽效能。因此，应力响应对于屏蔽性能的影响主要表现为导电网络优化和厚度减小之间的竞争效应。

2.2 温度响应机制

除了对材料进行压缩或拉伸之外，还可以通过温度刺激方法来改变材料结构，例如引入热形变材料^[48-50]或使用热膨胀微球^[51-52]。

其中，热形变材料在受到温度刺激时，可以改变材料形状（形状记忆高分子），从而达到改变屏蔽效能的目的；使用膨胀微球则是当微球受热后，填充在内部的低沸点液体迅速汽化膨胀，挤压周围的导电填料，使其相互靠近，并且随着微球膨胀创造出更多的内界面，材料的厚度也会随之增大，从而使屏蔽性能产生变化。这种通过受热改变材料形状或厚度的方法与应力响应的机理几乎一致，主要表现为导电网络和厚度变化之间的竞争。

此外，在材料中添加具有相变特性的填料也是获得温度响应电磁屏蔽材料的方法之一。例如VO₂是一种具有相变性质的金属氧化物，相变温度为68 ℃^[53]。在温度低于68 ℃时，VO₂是一种绝缘材料，对电磁波没有屏蔽效果，而当温度达到68 ℃或以上，VO₂发生相变，从绝缘转变为导电材料，电导率迅速提升从而可以对电磁波进行反射。因此可以在材料中加入一定量的VO₂，在常温状态下，材料对电磁波没有屏蔽效果。当温度达到68 ℃相变温度，VO₂转变为导电材料，使得材料内部构筑出完整导电网络，材料得以对电磁波进行屏蔽。另外，还可以对VO₂进行掺杂用于调控其相变温度^[54]，从而扩大其应用范围。

2.3 湿度响应机制

材料含水量的调整也是制备智能电磁屏蔽材料的有效手段之一。根据经典电磁理论，电磁屏蔽材料中的电偶极子或磁偶极子通过与入射电磁波相互作用，将电磁波能量转化为其他形式（主要是热能）而实现损耗。具体而言，材料中的偶极子在电磁波（尤其是电场分量）作用下，电介质内部的束缚电荷受到电场力的驱动而发生位移或取向的变化，形成宏观或微观的偶极矩，此过程即为极化。这种动态极化表现为材料内部的分子或原子的微观运动。分子间的相对移动、分子内部的形变以及电荷迁移过程中遇到的摩擦阻力，会将部分入射电磁波的能量转化为热能，进而通过介电损耗来实现屏蔽电磁波的效果^[55]。

极性材料通过固有偶极子的转向提供更强的极化能力，而水分子作为一种强极性分子，其在材料中含量的动态变化成为调控智能电磁屏蔽材料性能的一个关键因素，随着材料含水量增加，引入的强极性水分子显著增强了材料整体的极性，这使得在相同电场下，材料能够发生更强烈的极化振荡和分子摩擦，进而导致极化损耗增大。这部分损耗的提升有助于增强材料整体的电磁屏蔽效能。然而，当含水量超过某一临界值时，情况发生逆转。过量的水分子进入材料内部并破坏材料的导电网络结构，使得屏蔽性能下降。

2.4 化学刺激响应机制

高分子导电聚合物中可以分为本征型导电聚合物和复合型导电聚合物，其中本征型导电聚合物具有电导率随着掺杂程度改变而改变的特性，拥有智能特性。因此可以控制材料掺杂程度，来控制其电导率的大小，获得智能电磁屏蔽材料。

因此，可以使用化学试剂来对导电聚合物进行掺杂，例如聚苯胺具有电导率随着其掺杂水平改变而改变的特性，导电状态和绝缘状态之间的切换可以受到酸/碱掺杂和去掺杂效应影响，完成掺杂后，其电导率可提高10个数量级以上。

2.5 其他响应机制

除了以上四种响应机制，有课题组研发出电响应^[56-57]和交叉角响应^[39,58]的智能电磁屏蔽材料。其中，电响应是通过电生热提升材料温度，然后如同温度响应机制一样，改变材料形状或填料性质来改变材料的屏蔽性能。

交叉角响应则是改变电磁波入射方向与平面材料之间的夹角来调控材料屏蔽性能。对于具有纤维取向的电磁屏蔽材料，其导电网络沿着纤维轴向分布，纤维轴向与电磁波入射方向之间的夹角称为交叉角θ，导电网络方向与电磁波电场方向的夹角为ϕ，其关系满足：

$\mathrm{\varphi }=90°-\mathrm{\theta }$

当θ从0°转变为90°，电导率在电磁屏蔽电场方向分量由零变为最大，因此材料的屏蔽性能也由最小变为最大，其关系满足：

$SE=S{E}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}\cdot \mathrm{s}\mathrm{i}{\mathrm{n}}^{2}\mathrm{ }\mathrm{\theta }+S{E}_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}$

因此对于具有纤维取向的电磁屏蔽材料，改变交叉角能够调控材料的屏蔽性能。

3 智能电磁屏蔽材料

根据电磁屏蔽材料对外界刺激的响应机制，智能电磁屏蔽材料可分为应力、温度、湿度、化学试剂和其他类型智能屏蔽材料。这些电磁屏蔽材料的屏蔽性能在刺激响应前后有明显的变化。研究人员提出了一种基于智能电磁屏蔽材料的开关材料，其核心功能是通过材料屏蔽性能的可控切换实现“开-关”状态转换。当材料的屏蔽效能高于某一阈值或区间时，系统进入屏蔽开启状态，能有效阻挡目标频段的电磁波；而当屏蔽效能低于某一阈值或区间时，系统转为屏蔽关闭状态，允许电磁波透过。这种“开-关”特性可以针对某一具体频率或者波段，如S、C和X波段。

这种在两个特征值/区间之间的可逆切换行为形成了一种显著的开关效应，其状态转换可由外部刺激（如温度、电场或化学环境等）触发。该设计为开发自适应电磁调控器件提供了新思路，在智能隐身、选择性电磁透波等领域具有重要应用前景，如图1所示^[29]。

3.1 应力响应智能电磁屏蔽材料

应力响应智能电磁屏蔽材料是指电磁屏蔽材料在应力作用下发生变形（压缩、拉伸），其内部的导电填料的相对位置发生改变，影响材料的电导率，从而改变材料的屏蔽效能。

气凝胶材料因为其多孔质轻，容易负载纳米填料的特性，是一种十分优异的电磁屏蔽材料基体。以气凝胶材料为基体，可以很容易进行压缩，从而可以改变填料分布或改变厚度影响电磁屏蔽性能。如图2a所示，Liu等^[29]对木材进行高温碳化处理，并吸收酸化碳纳米颗粒XC-72，经由冷冻干燥和退火处理之后，碳化木材/XC-72海绵被转化为碳气凝胶。对材料施加压应力，在压缩过程中，附着在相邻上下碳层的纳米碳粉相互靠近，构筑出导电网络，使得材料电导率大幅提升。气凝胶能够快速响应应变变化，实现吸收和屏蔽之间的可逆转换。气凝胶因其可压缩性可作为应力响应的智能电磁屏蔽基材，但部分气凝胶经压缩后难以恢复原始形状，循环稳定性不足。

弹性体塑料拥有良好的回弹性能，可以承受反复压缩而保持性能不变。因此，使用弹性体塑料作为应力响应智能电磁屏蔽基材是解决这一问题的方法。Yuan等^[30]通过“分离式导电模块化设计/组装”策略，制备了由二氧化铬修饰石墨烯/热塑性聚氨酯-聚乙烯醇泡沫和共晶液态金属镓层组成的智能非对称泡沫。智能泡沫材料通过压应力调控电导率的机制，能够根据压应变的实时调节，以吸收主导或反射主导的方式实现对电磁波的捕获和衰减（图2b）；同时，该材料还表现出优异的回弹性能和循环稳定性。在50%应变下进行1000次压缩-释放循环后，最大应力和应变都完全恢复。如图2c所示，Li等^[59]采用牺牲模板法制备了聚氨酯泡沫，然后以微孔弹性聚氨酯泡沫骨架为基材，聚多巴胺为黏合剂，采用真空辅助浸渍法成功制备了MXene纳米片包裹的聚氨酯@聚多巴胺/MXene泡沫（TPFM）。在50%压缩应变100次循环后，仍然具有良好的机械性能。同时TPFM的SE从72.2 dB降低到48.4 dB，性能有所衰减，但保持在一定的水平。这可能是因为在大应变下，材料内部导电网络发生不可逆转的破坏。因此，需要更加关注填料与基体的界面脱黏和滑移，保证材料在压缩或大应变下内部的3D导电网络的完整性。

除了压缩之外，拉伸也是改变应力响应电磁屏蔽材料屏蔽性能的手段之一，Xia等^[60]在静电纺丝聚氨酯弹性体薄膜上化学镀Cu纳米粒子制成应力响应薄膜，当拉伸变形达到50%时，该织物可以从导电转变为绝缘，当应力释放时，该织物又可以恢复导电。拉伸应变可实现屏蔽效能的动态调节，在可穿戴智能终端中具有很大的应用潜力。

一般的可拉伸材料在拉伸过程中经常会出现屏蔽性能下降的问题，这往往限制了它们的应用范围。为了获得随着拉伸屏蔽性能增大的智能电磁屏蔽材料，导电填料的选择是关键因素。液态金属（LW）同时具有液体流动性和金属导电的性质。将LW加入弹性体基材中，可以跟随基材的拉伸发生同步形变，避免了因为拉伸导致屏蔽性能下降。例如，Guo等^[61]采用超声的方法，使用碳纳米管（CNT）对LW进行修饰，利用紫外原位聚合方法制备CNT@LM/聚丙烯酰胺/明胶双网络水凝胶弹性体（图3a）。可变形的CNT@LM液滴在拉伸过程中会跟随薄膜的拉伸发生延展，从而使得液体金属彼此之间的距离缩短，显示出随拉伸增强的导电性。但是LW在弹性体内的分布很难控制，因此可以通过引入磁性粒子形成磁性液态金属，在磁场作用下排列，从而获得更好的屏蔽性能与力学性能。如图3b所示，Zhu等^[47]将磁性纳米粒子与LW混合得到磁性液态金属，并将其填充进弹性体基体中。这种磁性液态金属经过磁场诱导得到了各向异性和各向同性的电磁屏蔽薄膜。

虽然液态金属的加入可以很好地解决材料在拉伸过程中经常会出现屏蔽性能下降这一问题，但是液态金属价格较为昂贵，并且这种材料需求的应变量过大，在应用中难以满足这种大的应变。为了解决这一问题，Bian等^[62]通过在聚二甲基硅氧烷（PDMS）中精确分散添加的镍微粒，研制了可切换的电磁屏蔽弹性体开关。如图3c所示，通过控制搅拌速率和时间，镍颗粒在基体内部可以形成不规则的短链状团簇，这些短链接近于连接在一起，但它们之间仍保持着微小的间隙，呈现出独特的预联链排列。仅20%的拉伸应变下这些短的预联链因为压力相互之间距离缩短，形成微小尺度的导电网络，大幅提高了弹性体的电导率，使得弹性体可以对电磁波进行屏蔽。

3.2 温度响应智能电磁屏蔽材料

温度响应智能电磁屏蔽材料是一种可以随着温度刺激改变屏蔽性能的电磁屏蔽材料。这种特性源于其内部的温度响应材料，如热形变材料（形状记忆材料）或相变材料（VO₂）等。同时，在电子设备工作过程中往往伴随热量散发，这提供了热响应刺激来源，因此温度响应智能电磁屏蔽材料的开发得到了重视。

水在0 ℃和100 ℃时发生相变，同时其体积发生改变，这使得其拥有制备温度响应电磁屏蔽材料的潜力。例如Singh等^[52]以聚二甲基硅氧烷/掺银锡酸锌/单壁碳纳米管为主体材料，采用水为活性流体，制备了一种温度响应智能电磁屏蔽材料。当复合材料从常温状态降温到0 ℃甚至更低或被加热到100 ℃时，材料内部封存的水发生相变，体积膨胀使得材料厚度增大，从而改变材料的屏蔽效能（图4a）。但是直接将液体掺入聚合物中容易发生泄漏或降低聚合物强度，因此可以将相变材料封存在聚合物壳层中制成膨胀微球，这种微球由弹性外壳和封装在壳内的低沸点烃类化合物组成，内部含有少量低沸点烃类化合物，当温度升高到烃类化合物沸点，使得内部烃类化合物气化，微球发生膨胀，从而改变聚合物内部导电网络，因此材料可以表现出不同的屏蔽效能。如图4b所示，Cai等^[63]将温度敏感的微球（TSM）引入聚二甲基硅氧烷/多壁碳纳米管（PDMS/CNT）的混合物中，成功获得了具有温度和应变响应的可调电磁屏蔽弹性体复合材料。对复合材料进行加热，当温度达到汽化温度，TEM膨胀会改变内部CNT分布，从而导致CNT导电网络重新排列，并表现出不同的电导率和电磁屏蔽性能。

制备具有核壳结构的膨胀微球工艺通常较为复杂，难以实现大规模生产。而VO₂是一种可以在绝缘和导电之间切换的材料。因此使用相对廉价易得的VO₂是解决这一问题的方法之一。Liao等^[34]简单地将二氧化钒/纤维素纳米纤维复合制备了温度响应电磁屏蔽材料，如图4c所示，当温度达到VO₂相变温度时，材料的电导率迅速升高，从而改变其屏蔽性能。

3.3 湿度响应智能电磁屏蔽材料

湿度响应智能电磁屏蔽材料可以对环境湿度响应，自发调整含水量大小，从而调控电磁屏蔽性能大小。

湿度会对材料的电导率产生影响。例如，MXene材料具有亲水性，在高湿度环境中，MXene从湿空气中吸收水分子，进而影响导电网络的构成。屏蔽性能和空气湿度的关系，在不同湿度环境下材料自发吸水或脱水，这会影响MXene片层间的层间距。如图5a所示，Liu等^[64]通过真空辅助过滤制备了具有EMI屏蔽功能的壳聚糖/MXene薄膜。在低湿度环境中的壳聚糖/MXene薄膜，层间插入的水分子被释放，MXene层之间紧密相连，推动形成完美的导电网络，从而提高导电性。因为这种特性，MXene的加入可以制备湿度响应型智能电磁屏蔽材料。

除了材料的电导率，材料的介电常数也是影响其屏蔽效能的关键因素之一，根据有效介质理论，材料中有效水分子的增加会增大材料介电常数。因此通过改变材料的含水量来定向调控其屏蔽效能是制备湿度响应智能电磁屏蔽材料的有效手段。Wang等^[38]通过将导电PG纸夹在聚合物多孔碳基间隔物中，展示了具有自调谐能力的新型水敏感电磁屏蔽夹层结构。如图5b所示，这种基于高导电热解石墨纸和多孔聚合物非织造布复合材料的碳基夹层结构，分别起到了导电夹层表面和夹层间隔层的作用。利用水刺激来调节多孔性隔膜材料的电磁响应特性。水分子的存在使得间隔物的电磁干扰屏蔽性能得到了显著的改善。

3.4 化学刺激响应智能电磁屏蔽材料

化学刺激响应智能电磁屏蔽材料是一类可以对化学试剂做出响应的智能电磁屏蔽材料。通常选用酸/碱溶液或有机溶剂作为环境刺激，通过调控本征导电聚合物的掺杂程度或共轭程度来改变其电导率，从而改变材料的屏蔽效能。

在本征导电聚合物中，聚苯胺呈现可逆酸/碱掺杂/脱掺杂特性，酸或碱处理可使PANI在导电掺杂和绝缘脱掺杂状态之间切换。Li等^[41]采用高效真空过滤辅助喷涂方法制备聚苯胺/MXene/棉织物，将MXene片材和聚苯胺纳米线交替涂覆在棉织物基材上。经由氯化氢和氨蒸汽的刺激驱动，这种聚苯胺/MXene/棉织物可以自适应地充当24 dB的有效强屏蔽和15 dB的无效弱屏蔽之间的EMI屏蔽的“开关”（图6a）。

相比于气体刺激驱动，由液体刺激驱动具有更安全的操作环境和更精准的调控能力。酸碱气体大多具有强腐蚀性和毒性，需严格防护；而极性溶剂（除少数外）通常毒性较低，操作更安全。同时，选用不同极性的溶剂，可在更精确范围调控聚苯胺的电导率大小，从而灵活调整材料的屏蔽效能。如图6b所示，Wang等^[65]设计该凝胶含有聚苯胺和海藻酸钠。最初，海藻酸钠在水性体系中充当聚苯胺的质子库，提高聚苯胺的掺杂水平并提高其电导率。在该水凝胶体系中，聚苯胺和海藻酸钠聚合物链在不同的环境体系下共轭程度不同，通过溶剂置换更换不同的液体或气体环境，例如水、乙腈、乙醇、正己烷和空气，影响不同构象聚苯胺共轭程度和电子沿共轭链迁移的程度。这种过程是可逆的，并且不会破坏聚合物链，确保了电磁屏蔽开关的耐用性和稳定性。但是有机溶剂通常具有刺激性气味，部分溶剂甚至会对人体造成危害，同时在使用过程中可能会对器件造成损坏，这往往限制了化学刺激响应智能电磁屏蔽材料在可穿戴电子设备中的应用。

3.5 其他响应机理智能电磁屏蔽材料

除了上述几种智能材料外，还开发出了具有其他响应机理的智能电磁屏蔽材料，例如交叉角响应^[66-67]。交叉角响应是利用入射电磁波的电场方向和导电网络排列方向之间的夹角变化，实现对电磁屏蔽性能的智能调控。

Chen等^[66]选择具有取向结构的商品棉垫作为碳素前驱体，通过热解法制备了定向结构的碳网络。通过改变入射电磁波的电场方向与纤维取向方向的交角，屏蔽效能变化范围为28~36 dB，如图7所示。这种具有定向结构的碳网络在不改变材料形状的前提下提供了可调的屏蔽效能，为构筑智能电磁屏蔽材料提供了方向。

除此之外，可以将多种响应机理配合，开发多种刺激响应智能电磁屏蔽材料，多刺激响应材料将不同响应材料的优点集成到一种材料中，以实现多功能性。目前，已经成功构建了交叉角-湿度双响应的电磁屏蔽织物^[39]和使用电热材料获得的温度-电压双响应电磁屏蔽材料^[68]，其他响应形式的组合还有待开发。

4 结论与展望

本文主要介绍了关于智能电磁屏蔽材料的屏蔽机理以及响应机理，综述了具有不同刺激响应的智能电磁屏蔽材料的设计策略和研究进展。智能电磁屏蔽材料通常是通过在屏蔽体中引入智能材料来获得的。智能材料在屏蔽体中通过压缩/拉伸应变、温度、湿度和化学试剂作为外部刺激，间接或直接破坏材料导电网络的完整，从而实现屏蔽效能的改变。应变响应电磁屏蔽材料是对材料施加压应力或拉应力改变材料的形状来改变屏蔽效能；温度响应电磁屏蔽材料是利用相变材料的可逆相变特性，可以改变材料的电导率和介电常数，从而实现电磁屏蔽的可逆性；湿度响应电磁屏蔽材料是因为材料在不同含水量下极性和介电常数不同，来实现屏蔽效能的改变；化学刺激响应电磁屏蔽材料用于通过改变在不同化学环境下的极化和衰减来调节屏蔽效能。这些智能电磁屏蔽材料可以适应日益复杂的使用环境。

虽然智能电磁屏蔽材料近年来得到了很大的发展，但是仍然存在一些问题需要克服。首先，探索更多的响应机理，除了上述所示的几种响应机理，在未来的智能电磁屏蔽材料中可以使用更加具有效率的响应机理。例如使用磁性材料^[69-70]，有望获得具有磁响应特性的智能电磁屏蔽材料。磁响应是非常具有前景的响应机理，磁响应具有非接触和远程控制的优点，并且添加磁性材料可以减少二次电磁波反射造成的污染，因此在智能电磁屏蔽领域拥有巨大潜力。

然后，急需提高智能电磁屏蔽材料的响应速度和灵敏度，就目前开发的智能电磁屏蔽材料而言，其对外部刺激的响应灵敏度仍需大幅提高，以满足更广泛的实际应用。以应变响应机理为例，改变材料效能通常需要比较大的形状改变，这种宏观刺激反映了材料的灵敏度不足。高灵敏度和快速响应使材料能够捕捉更小的外界刺激，并提供更精确和快速的响应结果，例如使用液态金属，在较小的形变量下屏蔽效能的改变非常大，这将为智能电磁屏蔽材料呈现出更令人兴奋和更广泛的智能化实际应用。

最后，随着对环境可持续性的日益关注，“绿色”和环境友好的制备工艺对于高性能电磁屏蔽材料的制造越来越有吸引力。未来对于屏蔽材料的发展方向是环保、可持续和可再生。为了减少二次电磁波污染，这就需要制备低反射电磁屏蔽材料来实现。在智能电磁屏蔽材料中，用可再生和生物质衍生材料取代石油基聚合物，对于可持续环境的发展也很重要。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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