东南大学张久洋团队在复合材料导电逾渗网络优化方面取得重要进展

(通讯员 汪晓涵) 近日，东南大学化学化工学院张久洋教授团队在国际知名期刊《Nature Communications》（《自然-通讯》）上发表了题为《Cohering Particles via Weak Electromagnetic Waves for Highly Conductive Polymer Composites》（低能量电磁波使聚合物复合材料中的粒子凝聚以实现高导电性）的研究论文。该研究从19世纪经典赫兹电磁实验和马可尼电磁现象出发，创新提出了一种利用低能量电磁波优化复合材料导电网络的新策略，显著提升了复合材料的导电性能。导电聚合物复合材料是电气工程、消费电子、电子器件等国民经济领域中的关键材料，传统方法为实现高导电性常需填充超过75 wt%的昂贵导电填料，导致成本高昂、复合工艺复杂。尽管已有研究工作尝试降低填料用量，其实际应用仍面临诸多限制。

张久洋教授团队从1887年赫兹电磁实验以及1895年马可尼与波波夫发明的第一代电磁波检波器的原理中获得灵感，将这些经典电磁现象引入聚合物复合材料体系。研究通过低能量电磁波远程、快速地诱导导电填料颗粒间表面氧化物击穿，并借助产生的焦耳热实现颗粒间的微观焊接，从而有效优化复合材料内部的导电网络，可成功将复合材料的导电率提升3—4个数量级。

实验结果表明，基于该策略的柔性复合材料在功率低至10⁻⁶ mW的电磁波下，能实现瞬时响应（0.34微秒），电阻从50 MΩ大幅下降至1 kΩ，完成从绝缘体到导体的快速转变。该过程性能稳定，可重复超过万次。此外，团队提出了 “电磁波+瞬态电压”联合处理策略，可将优化后的导电网络永久锁定于复合材料中，显著降低导电渗透阈值。例如，钢纤维的阈值从45 wt%降至15 wt%，并成功制备出导电率高达1.3×10⁶ S/m的银－树脂复合材料，性能优于多数商用导电银浆。该技术具备广泛普适性，适用于碳材料、金属等多种导电填料及大多数常见聚合物体系，为高性能、低成本的导电复合材料开发提供了全新可行路径。

该论文第一作者为博士生汪晓涵，张久洋教授为唯一通讯作者，东南大学为第一通讯单位。相关数项国际、国内专利已获得授权，在本工作中，东南大学物理学院教师吴培文提供了理论分析支持。该工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等基金资助。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1038/s41467-025-65443-2

供稿：化学化工学院
（责任编辑：孙艳 审核：李震）