高导电聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸基水凝胶的构筑及其电磁屏蔽性能

摘要

针对新一代柔性电子器件对宽频电磁防护的迫切需求，亟需突破传统电磁屏蔽材料存在的刚性结构与窄频带响应局限，发展兼具宽频与高柔韧性的新型电磁屏蔽材料。导电水凝胶因其优异的导电性、柔韧性和形状适应性，在柔性电磁防护领域展现出巨大潜力。以磷钨酸(H₃PW₁₂O₄₀,PW₁₂)为新型掺杂剂，协同二甲亚砜（DMSO）成功构建兼具高导电性与机械韧性的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）基电磁屏蔽水凝胶（PWDPG）。利用PW₁₂的Br?nsted强酸性与多阴离子特性高效去除PSS绝缘层，同时通过超分子静电交联加速凝胶网络形成；协同DMSO构象调控作用诱导聚（3,4-乙烯二氧噻吩）(PEDOT)链发生苯式到醌式的结构转变，显著增强π-π共轭体系的载流子迁移能力。当PW₁₂掺杂浓度为0.05 mol/L时，水凝胶电导率达79.07 S/cm。同时，该水凝胶展现出优异的柔韧性和机械强度，其断裂伸长率和抗拉强度分别达195.3%和5.41 MPa。得益于三维导电网络的构筑，PWDPG在X波段（8.2～12.4 GHz）和Ku波段（12.4～18.0 GHz）的比电磁屏蔽效能S_SE分别为236.22 dB/mm和191.72 dB/mm,展现出宽频、高效的电磁屏蔽特性。因此，开发的PWDPG水凝胶在面向柔性电子器件的电磁防护领域展现出重要的应用价值。

关键词

聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐) / 水凝胶 / 电磁屏蔽 / 磷钨酸