西安交大王红洁教授在Nature Communications上发表论文，介绍了一种创新方法，通过组装互连碳管制造出具有高度压缩性和抗疲劳性能的气凝胶。
这种气凝胶展现了极低的泊松比、超过20 MPa的最大强度和高达99%的完全可恢复应变，同时表现出优异的抗疲劳性能。
在氩气环境中，其热稳定性高达2500摄氏度。
气凝胶还具备可调的导电性和电磁屏蔽特性，展现出多功能性，为在恶劣环境下使用提供了理想的材料。
研究背景碳气凝胶（CA）在热封、耗能、压力传感器和航空航天领域展现出潜力，但材料之间相互排斥的性质限制了其应用。
构建具有可控结构、高强度、弹性与抗疲劳性的CA是关键挑战。
由活性或不可石墨化碳制成的传统CA的变形能力有限且易碎。
使用柔性纳米单元，如一维碳纤维和二维石墨烯，作为结构部件构建CA已取得进展。
然而，这些单元在三维多孔结构中的组装，导致支柱容易变形，相应CA的机械强度较低。
生物网络原理启发下，研究中提出合理设计结构间交叉连接的重要性，除了微观结构设计外，支柱特性对CA压缩行为起着关键作用。
多壁碳管因其特殊的机械性能被认为是构建坚固气凝胶的理想支柱之一，具有很高的灵活性和抗拉强度，但其弯曲和屈曲强度有限，原因是壁间弱范德华耦合导致接近零摩擦和较小能量耗散，影响CA的机械强度。
文章亮点王红洁教授团队报告了一种制造具有高度交联结构的高性能碳管气凝胶（CTA）的方法。
CTA展现出了改进的刚度和强度，由sp2和sp3杂化特性赋予。
CTA表现出20.9 MPa的最大压缩应力、高达99%的完全可恢复应变，并在1000次压缩循环下，永久变形率小于1.5%，强度损失小于2%。
CTA在2500 °C的Ar气氛中具有热稳定性。
因此，CTA在各种实际应用中具有巨大的应用潜力，如设计用于恶劣环境的高精度压力传感器。
CTA的机械性能、压缩机理、动态力学性能和电磁干扰屏蔽性能在文中详细解析。
CTA的抗冲击性测试显示显著变形后快速恢复，无结构损坏或坍塌。
CTA在宽频率范围和温度下表现出稳定的热机械性能。
未压缩CTA的反射屏蔽效能（SER）和吸收屏蔽效能（SEA）分别为约7 dB和约8 dB，导致总屏蔽效能（SET）约15 dB。
对于厚度为2毫米的层状CTA，大量的碳管层可作为电磁波的有效屏障，减少电磁波传输。
结论综上所述，王红洁教授团队提出了一种有效方法制备高性能CTA。
CTA具有良好的机械性能，包括高机械强度、压缩回弹性和疲劳抗力。
在Ar气氛中，其热稳定性高达2500 °C。
CTA还具备抗冲击性、能量耗散以及高度可调节的电导率和电磁屏蔽性能，是可穿戴电子产品和高精度压力传感器等领域的理想选择。
CTA展现出在恶劣环境下的应用潜力，为材料科学领域开辟了新的研究方向。
电磁屏蔽的原理是什么？
电磁屏蔽是采用导电材料来阻挡交变电磁场进入特定区域的技术。
其原理在于利用屏蔽体的反射、吸收以及引导作用，对电磁能流进行调控。
这一过程中，屏蔽结构表面和屏蔽体内部所产生的电荷、电流与极化现象起着至关重要的作用。
电磁屏蔽的效果与屏蔽体是否接地无关，而主要取决于两个因素：一是屏蔽体表面的导电连续性；二是屏蔽体内部不存在直接穿透的导体。
然而，屏蔽体上往往存在许多导电不连续点，其中最常见的是屏蔽体各部分结合处形成的不导电缝隙。
这些不导电缝隙会导致电磁泄漏，类似于流体从容器缝隙中泄漏的现象。
为解决这个问题，可以在缝隙处填充导电弹性材料，以消除不导电点。
这种弹性导电填充材料被称为电磁密封衬垫，类似于用橡胶填充流体容器的缝隙以防止泄漏。
在许多文献中，电磁屏蔽体被比作液体密封容器，意味着只有当所有缝隙都被导电弹性材料密封得严丝合缝时，才能有效防止电磁波泄漏。
电磁屏蔽的原理
电磁屏蔽的原理常常被误解。
许多人认为，只要将金属箱接地，就能实现电磁防护，但这是一种错误的认识。
电磁屏蔽并非单纯依赖接地，其效能取决于两个关键因素：一是屏蔽体表面必须保持导电连续，二是避免有直接穿透的导体。
实际上，屏蔽体上的不导电缝隙，如结合处的缝隙，是导致电磁泄漏的主要原因。
这就像流体会从容器的裂缝中泄漏一样，解决这个问题需要在这些缝隙处填充导电弹性材料，如电磁密封衬垫。
文献中常将屏蔽体比喻为液体密封容器，但强调要完全密封到不漏电的程度是过于绝对的。
实际上，电磁波的泄漏与否取决于缝隙尺寸与电磁波波长的比较。
当波长远大于缝隙尺寸时，泄露效应会大大减小。
因此，电磁屏蔽的效能并非取决于缝隙是否完全密封，而是缝隙尺寸与波长的关系。
