材料科学与工程专业本科生在材料领域国际顶级期刊《Chemical Engineering Journal》发表论文

近日，我校材料科学与艺术设计学院潘艳飞副教授团队在材料领域国际顶级期刊《Chemical Engineering Journal》发表题为“Construction of sandwich-structured Cu-Ni wood-based composites for electromagnetic interference shielding（三明治结构铜镍木基电磁屏蔽复合材料的构建）”的文章（中国科学院一区Top，IF=16.744，DOI:10.1016/j.cej.2023.144301）。我校为论文唯一通讯单位，潘艳飞副教授为论文第一作者兼通讯作者，2019级材料科学与工程专业本科生戴马音（班主任：郝一男副教授）为共同一作，黄金田教授为论文共同通讯作者。

戴马音同学自加入潘艳飞老师课题组，每周定期参与课题组组会，学习有关木基电磁屏蔽的相关知识与应用。2021年7月，获批国家级大学生创新创业训练计划项目““叠木御磁”—电磁梯度木材关键技术及应用”；2022年8月，以共同一作分别在国际学术期刊《Coatings》和《Composite Interfaces》上发表题为“Wood-Based Composites with High Electromagnetic Interference Shielding Effectiveness and Ultra-Low Reflection（具有高效电磁屏蔽效能和超低反射的木基复合材料制备）”和“Multilayer wood/Cu-Fe₃O₄@Graphene/Ni composites for absorption-dominated electromagnetic shielding（木材/Cu-Fe₃O₄@Graphene/Ni多层结构用于吸收为主的电磁屏蔽复合材料）”的文章。在指导老师潘艳飞副教授的鼓励和指点下，该同学通过在木材表面进行不同化学镀Ni处理，并探究了化学镀Ni次数和化学镀Ni时间与电磁屏蔽效能的关系，从而设计出一种拥有轻质、超薄、疏水、柔性好且电磁屏蔽效能高的木基柔性功能材料。

从可控电磁梯度层状结构入手，设计以木材为骨架，采用连续化学镀（先化学镀Cu而后化学镀Ni），构建可控电磁梯度“三明治”结构和特殊界面极化机制；调控正向电导梯度和负向磁梯度二者的电磁协同效应，实现穿透电磁波经历一个特定 “吸收-反射-吸收-反射-吸收” 路径，揭示Ni/Cu/木材层状结构对电磁波的高效电磁屏蔽机制。

电磁梯度结构具备理想的电磁屏蔽效能。电磁波穿越复合材料，大量的自由电荷自发积聚于金属Cu层之间、金属Ni层和Cu层、金属Ni层之间及金属Cu层与木材之间的异质界面，其会导致宏观偶极矩，产生 Debye松弛，从而加速衰减电磁波，实现了多介质界面损耗。实现了电磁波“吸收-反射-再吸收”的电磁屏蔽机制。

该研究依托国家林草局、内蒙古自治区“沙生灌木资源纤维化和能源化利用工程中心、重点实验室”，得到了内蒙古自治区自然科学基金（2022MS03006）、国家级大学生创新创业训练计划项目（202210129007、202110129007）、内蒙古自治区创新创业训练项目（202210129012）、内蒙古农业大学创新创业训练项目（202210129033）的资助和支持。

图1 三明治结构制备示意图和复合材料功能

图2 三明治结构电磁屏蔽示意图

                 供稿：潘艳飞

编辑：韩望

审核：魏汉夫