电子科技大学电子学院博士生在Nature Communications发表研究成果

　　近日，电子科学与工程学院电磁辐射控制材料与技术团队在国际综合期刊《Nature Communications》上发表题为 “Adaptive ionic liquid polymer microwave modulation surface with reprogrammable dielectric properties” 的研究论文。

　　电子学院2022级博士生董其超为该论文第一作者，其导师陆海鹏研究员为通讯作者。新加坡科技局罗韬研究员，国防科技大学楚增勇研究员为论文共同通讯作者。电子科技大学电子科学与工程学院为第一完成单位。

　　开发兼具大面积可制备性、宽调制范围、高响应灵敏度及优异环境适应性的新型本征可调电磁材料，是实现下一代智能化有源电磁器件所面临的核心技术挑战之一。当前，此类材料的调控机制主要依赖于铁电材料或相变材料中由极化或相变行为引发的电导率变化，调控模式相对单一。相比之下，偶极子因其可受环境刺激驱动的取向运动能力，在电磁响应调控方面展现出独特优势。然而，在自然体系中，偶极子通常分散于液态或无序介质中，其极化取向随机、协同性差且对外界刺激响应有限，不利于电磁性能的精确调控。

　　本研究发现，富含氢键位点的聚合物基体可通过空间位阻效应及氢键等非共价相互作用，有效约束偶极子的无序运动。在温度刺激作用下，氢键的可逆断裂与重构可显著激发偶极子的取向运动能力，从而实现对材料电磁性能的动态调制。作为一种特殊形式的偶极分子体系，离子液体不仅可通过取向极化实现介电调控，还可因离子迁移行为引入电导损耗变化，为构建多维度可调电磁响应机制提供了新的物理基础。基于上述机制创新，本研究将富含氢键作用的离子液体 [EtA⁺][NO₃⁻] 引入HEA体系，并结合光固化3D打印技术，构建了离子液体聚合物微波调制表面。系统研究表明，温度变化可有效诱导离子液体与PHEA基体之间氢键网络的断裂与重构，显著增强离子液体的偶极取向行为与电荷迁移能力，最终实现微波频段介电特性的显著且可逆调制。

　　上图展示了离子液体聚合物(IL-P)的电磁调控机理。a 基于IL-P的电磁性能调控示意图。b IL-P在30°C和130°C下的宏观形貌。c 30°C和130°C下IL-P薄膜的KPFM图像。d 30°C和130°C下IL-P薄膜的厚度与表面电势。e IL-P体系中的氢键网络与差分电荷密度。f 不同IL浓度下IL-P体系中各组分的氢键密度。g 不同温度场中IL在聚合物中的扩散系数。

　　进一步地，本研究引入机器学习算法对不同离子液体浓度及外部温度刺激条件下的介电响应规律进行建模与优化，实现了材料可编程介电特性的精准设计。基于这一可编程介电性能，进一步展示了多种3D打印器件构型，包括可重构微波吸收表面、像素化微波控制表面等智能电磁器件，为下一代智能电磁系统的设计与实现提供了重要的技术路径与理论支撑。

　　此外，该离子液体聚合物体系还展现出优异的自感知与状态识别能力。在结合卷积神经网络与Transformer的混合架构传感器阵列中，该体系表现出卓越的自诊断与环境响应能力，为实现大面积、自适应微波调控表面构建了坚实的平台基础，在主动电磁伪装、可重构天线及自适应滤波器等前沿应用领域展现出重要的应用潜力与技术价值。

　　论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-68170-w