第一作者： 于永波
通讯作者：周开岭，汪浩
通讯单位： 北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室，材料循环低碳再生全国重点实验室
论文DOI：10.1002/adma.202507509
全文速览：
动态可调电磁屏蔽作为电磁波管理与控制领域的新兴前沿分支，近年来在基础研究与技术探索中展现出蓬勃发展态势。然而，传统材料固有的结构与性能局限所导致的调制机制复杂及调控幅度不足等核心瓶颈，长期制约着动态电磁调控技术向高性能、实用化方向推进。
依托团队在金属原子结构调控领域的前期研究积累（Adv. Funct. Mater. 2025, 2423476; Appl. Catal. B Environ, 2024,358:124393; Nat. Commun., 2021, 12:3783），本研究创新性地提出相变材料电化学阳离子诱导策略。通过精准调控阳离子的嵌入与脱嵌行为，成功实现了 WO₃的阶梯式可逆相变：从初始单斜相，经四方相 HₓWO₃，最终转变为立方相 HₓWO₃。这一相变过程伴随显著的理化性能演变：钨元素价电子态发生连续还原（W⁶⁺→W⁵⁺→W⁴⁺），使材料导电性实现跨越式提升，导电率从 10⁻⁵ S/m 增至 158.22 S/m；同时，阳离子嵌入过程中产生的大量偶极子显著增强了材料介电性能。理化性能的协同优化最终带来了卓越的电磁屏蔽调控效果 —— 在 X 波段下，电磁屏蔽效能（SE）的调制幅度达到 42.36 dB，屏蔽效能可在 10.98~53.34 dB 区间内精准调控，且整个调控过程具有优异的可逆性与长期稳定性。该技术突破为复杂环境下电磁波（EMWs）的动态、精准管理提供了全新解决方案。相关研究成果以 “Electrochemically Cation-Induced Three-Phase Conversion for Consecutively Tunable Electromagnetic Wave Response” 为题，发表于国际知名期刊Advanced Materials。北京工业大学材料学院周开岭副研究员、汪浩教授为该论文的通信作者，博士生于永波为第一作者。
2、背景介绍：
随着无线通信技术的迅猛普及，电磁辐射排放量呈指数级增长。尤其当辐射处于千兆赫（GHz）频率范围时，其负面影响愈发凸显 —— 不仅会造成电子设备间的电磁干扰，严重损害精密仪器的运行稳定性与信号传输准确性，更对人体健康构成潜在且不容忽视的威胁。与此同时，5G 通信、智能物联网等尖端技术催生了动态演变、功能交织的复杂电磁环境，这一环境的多维度不确定性，迫切要求下一代屏蔽材料突破传统思维，具备自主环境感知与动态适配能力。然而，以金属、传统复合材料为代表的经典屏蔽材料，受限于自身固有的静态电磁特性与单一功能属性，在应对动态电磁干扰、精准调控屏蔽效能等需求时愈发乏力，已难以匹配现代技术场景的复杂应用诉求。在此背景下，开发兼具可逆调控特性与宽域可调屏蔽性能的电磁波（EMWs）屏蔽材料，成为破解当前电磁管理困境、应对技术迭代带来的多维度挑战的核心突破口，更被视为推动电磁防护领域从 “被动阻隔”向“主动调控”跨越的关键举措。
3、创新点与科学意义
（1） 机制创新：
本研究首次提出阳离子诱导三相转变的电磁屏蔽调控机制，通过精准控制 HₓWO₃材料的相变过程，实现了其价电子结构、能带结构及电荷极化特性的协同可控调制。这一创新突破了传统电磁材料依赖单一响应机制的固有局限，成功设计出具备电磁波屏蔽特性连续精准可调谐的电化学器件，为动态电磁调控提供了全新的底层理论与技术范式。
（2）性能突破：
材料性能实现多维度跨越式提升：电磁屏蔽效能（SE）的调制幅度达到 42.36 dB，远超现有同类材料水平；屏蔽调控范围覆盖 X/Ku 全频段，适配更广泛的电磁环境需求。同时，器件可在室温、低电压的温和条件下稳定工作，且雷达散射截面（RCS）调控幅度高达 36 dB，展现出优异的动态隐身与抗干扰潜力。
（3） 实用价值：
材料制备工艺简单高效，原材料成本可控，具备规模化生产基础。更重要的是，其可实现柔性化加工，并适配多元应用场景 —— 既能通过蓝牙实现远程智能调控，也能精准完成 RCS 优化。这一技术为智能电磁兼容、电子对抗、精密电子防护等关键领域提供了核心材料与技术支撑，具备极强的产业化与工程应用价值。
4、图文解析：
图 1 呈现了离子动态调控过程中HₓWO₃不同晶相与电磁波的交互模式，M 相 WO₃呈现准电磁波透射特征，T 相 HₓWO₃电磁波反射能力增强，C 相 HₓWO₃电磁波反射与吸收能力显著提升。。
图 2 展示了材料合成与阳离子诱导三相转变机理，涵盖制备流程、电化学响应、晶体结构、导电性、价态、键振动及电子结构等方面的变化与分析。
图3呈现HₓWO₃动态电磁波响应性能，包括不同波段SE变化、特定频率下SE的可逆性、SE组分、循环稳定性、性能对比及蓝牙信号调控情况。
图4展示电磁波与屏蔽材料动态响应机制，涉及模拟电磁波-材料作用过程的能量损耗分布、反射特性及雷达散射截面对比。
5、总结与展望：
本研究借助电化学阳离子诱导 HₓWO₃三相转变，实现了电磁屏蔽效能的连续动态调控，突破了传统动态电磁屏蔽材料在可靠性、调制幅度等方面的局限。未来，随着该材料制备工艺的进一步优化及在更多场景的应用拓展，有望为智能电磁兼容、电子对抗等领域提供关键技术支撑，成为下一代高性能电磁屏蔽材料的重要候选
