背景：随着航空航天领域复杂环境下装备多种性能要求的不断提高，电磁屏蔽材料正朝着高性能和轻量化方向快速发展。传统的电磁屏蔽材料通常涉及复杂的共轭纳米复合材料的制造或直接石墨化有机材料的操作，面临着平衡其性能和可加工性的巨大挑战。因此，寻找和设计具有本征共轭和优越加工性能的新概念材料对于突破领域瓶颈是至关重要的。

图1. 高度有序的新概念黑色素材料的设计策略

黑色素是一种典型的生物大分子色素材料，其在广泛的电磁波频谱（电离辐射，紫外，可见光，红外等）均具有普遍的能量耗散行为，然而其混乱无序的结构难以提供长程的电子转移路径，从而限制了材料对长波能量的响应。近期，成人导航 李乙文教授团队通过超分子工程调控了黑色素材料组装过程中的交联及组装行为，重构了黑色素材料的有序网络，首次制备得到了高度有序的黑色素材料。具体来说，研究团队通过在聚合过程中提高环化吲哚的比例，并减少因氢键交联导致的无序结构，来诱导形成更多的组装结构而非交联结构。通过对材料的结构分析发现，5,6-二羟基吲哚环状四聚体在高取向的π-π堆积作用下形成了纳米纤维（图2）。相较于传统的黑色素材料，TEM，XRD和Raman光谱证实了有序黑色素纳米纤维对的高度有序性（图2）。进一步地研究了黑色素材料的微波吸收（最大反射损耗 - 68.87 dB，有效吸收带宽 5.25 GHz）和电磁屏蔽性能（X 波段中，密度 3.11 mg/cm³，厚度 2 mm 时，比屏蔽效能达 47909.9 dB・cm⟡/g）（图3），因为其轻质高效的特点（完全不含金属成分），材料达到了目前所报道的碳材料中的最高电磁屏蔽比效能。通过超分子工程所调控得到的黑色素材料展现了极佳的阻抗匹配，相较于传统的电磁屏蔽材料，其展现了以吸收型为主的损耗机理，这大大拓宽了其应用场景。这项工作构建了高度有序的人造黑色素纳米纤维材料实现了对微波能量的高效吸收，展现了极其优秀的性能和应用潜力，为更多具有复杂结构且难工程化的生物大分子材料的有序化调控提供了新的思路。

图2. 高度有序的黑色素纳米纤维材料的制备与标准

图3. 有序黑色素纤维材料的微波吸收性能

该工作从大分子结构的空间效应出发，通过超分子工程重构网络中基元的堆积结构与交联密度，首次制备了高度有序的黑色素纳米纤维材料，突破了材料在长波长频段（＞1mm）的应用瓶颈，为轻量化电磁屏蔽材料设计提供新的研究范式。该工作以“Melanin-like nanofibers with highly ordered structures achieve ultrahigh specific electromagnetic interference shielding efficiency”为题发表在《Nature Communications》上（Nature Communications，2025，16，7127）。文章第一作者是成人导航 博士研究生陈鹏，通讯作者是李乙文教授。该工作得到了国家自然科学基金杰青项目、四川省自然科学基金创新研究群体等多个科研项目的资助。

原文链接：//doi.org/10.1038/s41467-025-62367-9

撰稿：陈鹏

编辑：曲韵嘉

审核：李乙文