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  隨著航空航天和國防領域對作戰速度和復雜環境下裝備隱身性能要求的不斷提高，電磁屏蔽材料正朝著高性能和輕量化方向快速發展。傳統的電磁屏蔽材料通常涉及復雜的共軛納米復合材料的制造或直接石墨化有機材料的操作，面臨著平衡其性能和可加工性的巨大挑戰。因此，尋找和設計具有本征共軛和優越加工性能的新概念材料對于突破領域瓶頸是至關重要的。

圖1 高度有序的新概念黑色素材料的設計策略。

  黑色素是一種典型的生物大分子色素材料，其在廣泛的電磁波頻譜（電離輻射，紫外，可見光，紅外等）均具有普遍的能量耗散行為，然而其混亂無序的結構難以提供長程的電子轉移路徑，從而限制了材料對長波能量的響應。近期，四川大學李乙文教授團隊通過超分子工程調控了黑色素材料組裝過程中的交聯及組裝行為，重構了黑色素材料的有序網絡，首次制備得到了高度有序的黑色素材料。具體來說，他們通過在聚合過程中提高環化吲哚的比例，并減少因氫鍵交聯導致的無序結構，來誘導形成更多的組裝結構而非交聯結構。通過對材料的結構分析發現，5,6-二羥基吲哚環狀四聚體在高取向的π-π堆積作用下形成了納米纖維（圖2）。相較于傳統的黑色素材料，TEM，XRD和Raman光譜證實了有序黑色素納米纖維對的高度有序性（圖2）。進一步地研究了黑色素材料的微波吸收（最大反射損耗 - 68.87 dB，有效吸收帶寬 5.25 GHz）和電磁屏蔽性能（X 波段中，密度 3.11 mg/cm3，厚度 2 mm 時，比屏蔽效能達 47909.9 dB?cm2/g）（圖3），因為其輕質高效的特點（完全不含金屬成分），材料達到了目前所報道的碳材料中的最高電磁屏蔽比效能。通過超分子工程所調控得到的黑色素材料展現了極佳的阻抗匹配，相較于傳統的電磁屏蔽材料，其展現了以吸收型為主的損耗機理，這大大拓寬了其應用場景。這項工作構建了高度有序的人造黑色素納米纖維材料實現了對微波能量的高效吸收，展現了極其優秀的性能和應用潛力，為更多具有復雜結構且難工程化的生物大分子材料的有序化調控提供了新的思路。

圖2. 高度有序的黑色素納米纖維材料的制備與標準。

圖3. 有序黑色素纖維材料的微波吸收性能。

  該工作從大分子結構的空間效應出發，通過超分子工程重構網絡中基元的堆積結構與交聯密度，首次制備了高度有序的黑色素納米纖維材料，突破了材料在長波長頻段（＞1mm）的應用瓶頸，為為輕量化電磁屏蔽材料設計提供新的研究范式。該工作以“Melanin-like nanofibers with highly ordered structures achieve ultrahigh specific electromagnetic interference shielding efficiency”為題發表在《Nature Communications》上（Nature Communications，2025，16，7127）。文章第一作者是四川大學高分子科學與工程學院博士研究生陳鵬，通訊作者是李乙文教授。該工作得到了國家自然科學基金杰青項目、四川省自然科學基金創新研究群體等多個科研項目的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-62367-9