专栏名称: 高分子科技

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陕科大白阳/黄文欢 Small：可拉伸/自愈合/免粘接的电磁屏蔽/红外隐身复合膜

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2024-12-19 14:01

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随着5G通信技术、物联网、人工智能、卫星通信等领域的发展，电磁干扰问题日益严重。为应对复杂的电磁环境，多功能电磁屏蔽材料应具有物理变形的适应性、自修复性和粘附性能，确保电子设备的稳定性和安全性，因此，开发具有多功能聚合物屏蔽膜，对于解决当代复杂的安全需求具有重要意义。然而，在分子水平上进行巧妙的结构设计仍然是一个挑战。近日，陕西科技大学化学与化工学院白阳副教授/黄文欢教授在多功能屏蔽/隐身材料领域取得了重要研究进展。他们的最新研究成果以“Adhesion Strategy for Cross-linking AgNWs/MXene Janus Membrane: Stretchable and Self-healing Electromagnetic shielding and Infrared stealth Capabilities”为题发表在国际期刊《Small》上（DOI:10.1002/smll.202408950），该团队通过将一维银纳米线（AgNWs）与二维MXene材料复合，构建出稳定的导电网络，并将其与聚氨酯弹性体基体（MPHEA）结合，成功制备出Janus复合膜（图1）。

图1 Janus复合薄膜MPHEA@AgNWs/MXene的设计方案、结构特征、多功能特性（拉伸、自修复、自粘附）及其在红外隐身和电磁屏蔽方面的应用。

该Janus复合膜具有以下特点：

(1)高效电磁屏蔽性能：复合膜电磁屏蔽效率高达80 dB（图2），即便在40%应变下，仍可保持20 dB以上的屏蔽效果（图3）;

(2)卓越的机械性能与自修复能力：材料具备出色的拉伸性和90%的自修复效率，能够在受损后恢复屏蔽功能（图4）;

(3)强附着力与可重复使用性：Janus膜无需外部粘合剂，可直接附着于玻璃、木材、皮革等表面，无需胶黏剂即可用于表面高效电磁屏蔽（图5）。

(4)红外隐身性能：材料在25°C至50°C温度范围内表现出优异的红外隐身效果，表面辐射温度与环境温度接近，适用于复杂环境中的隐身需求（图6）;

图2 复合膜的电磁屏蔽机制、不同AgNWs/MXene浓度下的屏蔽效率

图3 Janus复合薄膜MPHEA@AgNWs/MXene的可拉伸EMI屏蔽性能。

图4 Janus复合薄膜MPHEA@AgNWs/MXene的自愈EMI屏蔽性能。

图5 Janus复合薄膜MPHEA@AgNWs/MXene的黏附EMI屏蔽性能。

图6 Janus复合薄膜MPHEA@AgNWs/MXene的红外隐形性能。

该研究是白阳副教授团队近期在电磁屏蔽材料领域的最新进展之一。聚合物薄膜与导电填料的稳定结合一直是多功能电磁屏蔽材料研究中的一大难题。为此，团队设计了一种具有自粘附性的聚合物基底，系统地探索了不同纳米导电材料与聚合物基底结合的可能性。例如，团队利用二硫键设计了自愈性弹性体，并将其与氨基化碳纳米管结合，成功制备了一系列可回收的可穿戴传感器，用于人体运动监测（Small, 2024, 50, 2406908; Composites Science and Technology, 2024, 258: 110913）。此外，团队还基于动态共价肟氨酯键设计了一种具有可拉伸、自愈合和自粘附性能的弹性体，并将其与超长银纳米线结合，构建了具有多功能的电磁屏蔽材料（Chemical Engineering Journal, 2023, 478: 147382）。进一步地，团队利用多重氢键构建了形状记忆弹性体，并与MXene复合，设计了一种在自固定变形下可调电磁干扰屏蔽行为的柔性多功能复合薄膜（Chemical Engineering Journal, 2024, 500: 156896）。这些创新设计均基于多功能聚合物弹性体，采用化学沉积、物理喷涂等工艺，通过粘附作用实现与纳米材料的稳定结合，从而赋予复合材料卓越的多功能性和高性能。未来，这些基于聚合物与纳米材料的复合材料不仅将在电磁屏蔽和传感器领域发挥重要作用，还可能推动智能材料和可穿戴技术的发展，为柔性电子、环境监测和安全防护等领域提供更加可靠和高效的解决方案。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/smll.202408950

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