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在航空航天、核能、医疗和国防应用中，防护电磁干扰（EMI）和中子辐射至关重要。通过深入材料，EMI会破坏数据并导致关键机载系统故障，而中子则在原子层面损坏电子设备，并对人员构成直接的生物危害——这两种威胁在低地球轨道卫星、核电站反应堆核心、基于中子和质子的医疗治疗设施、粒子加速器和使用紧凑型核反应堆的防御系统等环境中共存。

直到现在，技术差距明显，EMI和中子辐射需要完全独立的屏蔽系统，导致组件更重更复杂。然而，韩国科学技术院（KIST）的韩国研究团队很可能正在改变这一局面。他们最近开发出一种超薄、可拉伸且可3D打印的互补纳米管-聚合物复合薄膜，能够在极端环境中同时衰减EMI和中子辐射。这项工作于2026年3月4日发表在《Advanced Materials》期刊上。

该复合材料由互补的纳米管增强材料组成，实现双模屏蔽——用于EMI屏蔽的单壁碳纳米管（SWCNTs）和用于中子屏蔽的氮化硼纳米管（BNNTs）——并进一步扩展为采用本质可伸缩聚二甲基硅氧烷（PDMS）基体的3D打印架构。

“EMI屏蔽是一种以吸收为主的机制：渗透的单壁碳纳米管网络作为主要导电通路，入射电磁波诱导自由电子振荡，通过欧姆损失导致能量以热量形式耗散，”KIST极端环境屏蔽材料研究中心的研究负责人朱永浩博士透露。“对于中子屏蔽，其机制是核的：BNNT通过反应1⁰B + n → ⁴He + ⁷Li + γ，将入射热中子转化为无害的α粒子和锂核，在厚度1毫米时实现约72%的衰减。最后，PDMS矩阵提供了超过125%的断裂应变，在40%应变下、跨越200个循环拉伸应变循环（–196°C至250°C）的稳定屏蔽，并具备3D打印所需的粘弹性行为。”

在制造过程中，单壁碳纳米管和BNNT首先共分散在含有表面活性剂Triton X-100的水溶液中。朱博士描述：“其一维纳米管形态兼容性使单壁碳纳米管能够通过范德华力和偶极相互作用自发包裹BNNT表面，形成最大化界面接触的核心-壳层结构。”纳米管随后被掺入溶解在基于THF的有机溶剂系统中的PDMS基体中，并通过直接墨水书写（一种基于挤出的3D打印技术）逐层沉积。该工艺使得厚度仅为10-20微米的超薄膜成为可能，远低于人类头发直径（~70微米）。“此外，蜂窝图案印刷相比同厚度的平板薄膜，屏蔽效果提升约10-15%，因为周期性几何形状促进了电磁波的多次反射，”他补充道。

超薄膜大幅减轻重量，并使得对不规则或曲面的适应性增强，这与传统厚实、刚性的屏蔽不同。EMI屏蔽传统上依赖金属（如铜、铝）或近年来的碳基复合材料（如石墨烯薄膜和碳纳米聚合物系统），而中子屏蔽则需要富含氢或硼的材料，如聚乙烯、碳化硼、铅或混凝土。

因此，这种超薄材料可以作为航空航天和国防系统的贴合屏蔽层，包括近地轨道卫星和紧凑型核反应堆。它还可能应用于医学领域，如硼中子捕获疗法，以及下一代电子技术，可以3D打印到复杂或曲面上。

在工业部署之前，仍有两项关键工程挑战：“开发可扩展的大面积制造工艺，确保薄膜均匀性和纳米管扩散质量;以及验证在热循环和机械疲劳下的长期耐久性，”朱博士说。此外，与国内制造商的合作“是近期的自然方向”，因为KIST在已与韩国航天、半导体和国防产业相连的研究支持体系中运作。

汉娜·西米亚蒂茨基
编辑撰稿人