西电​郝跃院士团队常晶晶教授等人在Nano-Micro Lett.发表最新研究成果

近日，西安电子科技大学郝跃院士团队常晶晶教授课题组相关研究成果以“Electromagnetic Functions Modulation of Recycled By-products by Heterodimensional Structure”为题，发表在《Nano-Micro Letters》（影响因子：31.6）上，集成电路学部在读博士生南泽为第一作者，魏葳高工、新加坡国立大学OuyangJianyong教授以及常晶晶教授为共同通讯作者，西安电子科技大学为第一署名单位。西北工业大学李贺军院士、袁瑞梅博士对本工作给予了重要支持。

随着电子器件不断向微型化发展，3D集成技术成为提升器件密度的关键路径之一。该技术通过垂直堆叠器件或芯片，进一步推动了高性能集成电路的发展。然而，3D集成技术也引入了电磁干扰挑战（包括近场耦合效应和串扰噪声等问题），影响了集成系统的信号完整性，从而对系统的可靠性和稳定性构成了威胁。在这一背景下，基于纳米材料的电磁防护材料因其突出的电磁损耗能力、柔韧性以及多样化的维度特性，为解决电磁干扰问题提供了新的方向。其中，银纳米线作为一种性能优异的电磁功能材料，因其超高的长径比、优异的本征柔性以及卓越的金属导电性而备受关注。然而，目前采用主流的多元醇法合成银纳米线时不可避免地产生大量多维副产物。这些过滤后的副产物材料尚未得到有效利用，其潜在的环境风险（如纳米填料的生物毒性）、降解困难以及回收利用的技术瓶颈等问题，仍然是制约其资源化应用的主要障碍。

针对上述问题，西安电子科技大学郝跃院士团队常晶晶教授课题组首次提出利用银纳米线副产物的异维结构构建形态可调的气凝胶材料。通过精确设计异维纳米结构，“化腐朽为神奇”，团队成功实现了微波与材料之间的高效相互作用，不仅保留了纳米银材料的高导电性和电磁响应特性，还为异维纳米材料电磁性能的调控提供了全新思路。该研究为开发多功能电磁材料开辟了新途径，同时为银纳米线副产物的高效回收与资源化利用提供了切实可行的解决方案。

在该项研究中，团队利用冷冻干燥工艺，借助混合纤维素（包含细菌纤维素和纤维素纳米纤维）-银纳米线网络辅助，利用不同异维结构中的毛细力差异，成功制备了两种不同形态的气凝胶：气凝胶薄膜和气凝胶泡沫。气凝胶薄膜展现出较好的电磁屏蔽性能（SE > 89 dB）；气凝胶泡沫则表现出双重电磁功能，包括屏蔽效能（SE > 30 dB）以及微波吸收性能（反射损耗RL < -35 dB，宽频吸收特性EAB > 6.7 GHz）。

本研究表明，银纳米线副产物中天然形成的卤化银与表面随机合成的银晶体，共同构建了“Ag-AgBrxCl1-x-Ag”纳米微电容结构。这一独特结构显著增强了入射电磁波的极化损耗，实现了以吸收为主导的屏蔽机制，从而大幅降低了电磁波的反射。此外，研究团队基于孔隙流体向凝胶表面结晶层迁移过程中低迁移速度诱导的“AgBrxCl1-x-NanoAg”聚集体沉积现象，设计了相应的填料体系，使副产物气凝胶自上而下形成电导梯度，显著优化了表面阻抗匹配特性，在实现高效电磁屏蔽的同时，也为微波吸收创造了条件。

进一步，研究团队通过常温机械搅拌将废弃的副产物气凝胶重新分解为均匀的纤维素-副产物浆料，使其作为二次回收材料实现循环加工利用。基于纤维素与聚乙烯吡咯烷酮之间通过范德华力、氢键和静电相互作用形成的弱物理交联作用，气凝胶展现出优异可回收性——其纳米导电网络整体保持完整，导电性与电磁功能基本维持初始水平，为绿色电磁功能材料“闭环式”循环体系的构建提供了新思路。

本工作通过制备多种电磁功能气凝胶，验证了AWBps升级回收方法的有效性。所制备的气凝胶利用异维结构实现了对微波相互作用的灵活调控。研究系统分析了不同异维纳米材料气凝胶的形态特征，并展示了其可调的电磁防护性能，包括电磁屏蔽效能和双重功能。此外，二次回收的气凝胶在电磁防护性能上几乎保持不变，体现了绿色“闭环式”循环的特点。该工作不仅深化了对微波-异维结构耦合机制的理论认知，更为开发动态可调谐的绿色电磁功能材料（如应用于智能可穿戴设备）提供了创新途径。

该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程博士生专项计划、中央高校基本科研业务费专项资金、2023年度秦创原建设两链融合重大专项、陕西省重点研发计划、广东省基础与应用基础研究基金以及西北工业大学凝固技术国家重点实验室开放课题、浙江省太阳能利用及节能技术重点实验室开放基金课题等科研项目的资助。（通讯员：常晶晶）