近日，郝躍院士團(tuán)隊(duì)常晶晶教授課題組相關(guān)研究成果以“Electromagnetic Functions Modulation of Recycled By-products by Heterodimensional Structure”為題，發(fā)表在《Nano-Micro Letters》（影響因子：31.6）上，集成電路學(xué)部在讀博士生南澤為第一作者，魏葳高工、新加坡國(guó)立大學(xué)OuyangJianyong教授以及常晶晶教授為共同通訊作者，西安電子科技大學(xué)為第一署名單位。西北工業(yè)大學(xué)李賀軍院士、袁瑞梅博士對(duì)本工作給予了重要支持。
隨著電子器件不斷向微型化發(fā)展，3D集成技術(shù)成為提升器件密度的關(guān)鍵路徑之一。該技術(shù)通過(guò)垂直堆疊器件或芯片，進(jìn)一步推動(dòng)了高性能集成電路的發(fā)展。然而，3D集成技術(shù)也引入了電磁干擾挑戰(zhàn)（包括近場(chǎng)耦合效應(yīng)和串?dāng)_噪聲等問(wèn)題），影響了集成系統(tǒng)的信號(hào)完整性，從而對(duì)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性構(gòu)成了威脅。在這一背景下，基于納米材料的電磁防護(hù)材料因其突出的電磁損耗能力、柔韌性以及多樣化的維度特性，為解決電磁干擾問(wèn)題提供了新的方向。其中，銀納米線作為一種性能優(yōu)異的電磁功能材料，因其超高的長(zhǎng)徑比、優(yōu)異的本征柔性以及卓越的金屬導(dǎo)電性而備受關(guān)注。然而，目前采用主流的多元醇法合成銀納米線時(shí)不可避免地產(chǎn)生大量多維副產(chǎn)物。這些過(guò)濾后的副產(chǎn)物材料尚未得到有效利用，其潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)（如納米填料的生物毒性）、降解困難以及回收利用的技術(shù)瓶頸等問(wèn)題，仍然是制約其資源化應(yīng)用的主要障礙。
針對(duì)上述問(wèn)題，西安電子科技大學(xué)郝躍院士團(tuán)隊(duì)常晶晶教授課題組首次提出利用銀納米線副產(chǎn)物的異維結(jié)構(gòu)構(gòu)建形態(tài)可調(diào)的氣凝膠材料。通過(guò)精確設(shè)計(jì)異維納米結(jié)構(gòu)，“化腐朽為神奇”，團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了微波與材料之間的高效相互作用，不僅保留了納米銀材料的高導(dǎo)電性和電磁響應(yīng)特性，還為異維納米材料電磁性能的調(diào)控提供了全新思路。該研究為開(kāi)發(fā)多功能電磁材料開(kāi)辟了新途徑，同時(shí)為銀納米線副產(chǎn)物的高效回收與資源化利用提供了切實(shí)可行的解決方案。
在該項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)利用冷凍干燥工藝，借助混合纖維素（包含細(xì)菌纖維素和纖維素納米纖維）-銀納米線網(wǎng)絡(luò)輔助，利用不同異維結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)力差異，成功制備了兩種不同形態(tài)的氣凝膠：氣凝膠薄膜和氣凝膠泡沫。氣凝膠薄膜展現(xiàn)出較好的電磁屏蔽性能（SE > 89 dB）；氣凝膠泡沫則表現(xiàn)出雙重電磁功能，包括屏蔽效能（SE > 30 dB）以及微波吸收性能（反射損耗RL < -35 dB，寬頻吸收特性EAB > 6.7 GHz）。
本研究表明，銀納米線副產(chǎn)物中天然形成的鹵化銀與表面隨機(jī)合成的銀晶體，共同構(gòu)建了“Ag-AgBrxCl1-x-Ag”納米微電容結(jié)構(gòu)。這一獨(dú)特結(jié)構(gòu)顯著增強(qiáng)了入射電磁波的極化損耗，實(shí)現(xiàn)了以吸收為主導(dǎo)的屏蔽機(jī)制，從而大幅降低了電磁波的反射。此外，研究團(tuán)隊(duì)基于孔隙流體向凝膠表面結(jié)晶層遷移過(guò)程中低遷移速度誘導(dǎo)的“AgBrxCl1-x-NanoAg”聚集體沉積現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的填料體系，使副產(chǎn)物氣凝膠自上而下形成電導(dǎo)梯度，顯著優(yōu)化了表面阻抗匹配特性，在實(shí)現(xiàn)高效電磁屏蔽的同時(shí)，也為微波吸收創(chuàng)造了條件。
進(jìn)一步，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)常溫機(jī)械攪拌將廢棄的副產(chǎn)物氣凝膠重新分解為均勻的纖維素-副產(chǎn)物漿料，使其作為二次回收材料實(shí)現(xiàn)循環(huán)加工利用?；诶w維素與聚乙烯吡咯烷酮之間通過(guò)范德華力、氫鍵和靜電相互作用形成的弱物理交聯(lián)作用，氣凝膠展現(xiàn)出優(yōu)異可回收性——其納米導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)整體保持完整，導(dǎo)電性與電磁功能基本維持初始水平，為綠色電磁功能材料“閉環(huán)式”循環(huán)體系的構(gòu)建提供了新思路。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)制備多種電磁功能氣凝膠，驗(yàn)證了AWBps升級(jí)回收方法的有效性。所制備的氣凝膠利用異維結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)微波相互作用的靈活調(diào)控。研究系統(tǒng)分析了不同異維納米材料氣凝膠的形態(tài)特征，并展示了其可調(diào)的電磁防護(hù)性能，包括電磁屏蔽效能和雙重功能。此外，二次回收的氣凝膠在電磁防護(hù)性能上幾乎保持不變，體現(xiàn)了綠色“閉環(huán)式”循環(huán)的特點(diǎn)。該工作不僅深化了對(duì)微波-異維結(jié)構(gòu)耦合機(jī)制的理論認(rèn)知，更為開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)可調(diào)諧的綠色電磁功能材料（如應(yīng)用于智能可穿戴設(shè)備）提供了創(chuàng)新途徑。
該研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程博士生專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金、2023年度秦創(chuàng)原建設(shè)兩鏈融合重大專(zhuān)項(xiàng)、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金以及西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題、浙江省太陽(yáng)能利用及節(jié)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金課題等科研項(xiàng)目的資助。
（來(lái)源：西安電子科技大學(xué)）
