在智能电子设备日益普及的当代社会，电磁干扰 (EMI) 问题愈发凸显，对人类健康及电子设备的正常运作构成显著损坏。在此背景下，传统的固定电磁屏蔽效能 (EMI SE) 材料已难以适应多变的应用场景，因而，研发具有动态调节能力的EMI SE材料成为了一项迫切的科研需求。尽管现有研究表明，通过外力使材料形变来调控材料内部导电网络，进而调节其EMI SE是一种可行的策略，但此类方法在实际应用中具有局限性。鉴于此，研发一种能够在多种环境条件下自适应调节EMI SE的材料依然面临着重大挑战。陕西科技大学白阳副教授团队开发了一种自固定形变下可调节电磁屏蔽效能 (EMI SE) 的柔性薄膜材料TAPU-MXene。该材料通过引入富含儿茶酚基团的单宁酸 (TA) 进行交联，不仅提升了力学性能和自愈合能力，还展现了出色的粘附性。利用TAPU薄膜的粘附性能，结合高导电性的MXene纳米材料，构建了导电网络，制备出的TAPU-MXene复合薄膜在X波段的EMI SE可达56.7 dB。该薄膜通过形状记忆能力，实现了在不同形变下EMI SE的自适应调节，从56.7 dB至2.75 dB的宽范围调节能力，同时保持了稳定的线性灵敏度，能够作为传感器检测人体运动。这表明TAPU-MXene在智能可调电磁屏蔽和柔性传感器领域具有显著的应用潜力，相关成果Flexible multifunctional composite films for adjustable EMI shielding behavior under self-fixed deformation发表在《Chemical Engineering Journal》杂志上。
图1 TAPU-MXene复合膜及其在不同固定变形条件下的可调EMI SE的制备路线示意图
由于MXene与TAPU表面丰富的的非共价键作用，在薄膜表面构建了导电性良好的导电网络复合层，使TAPU-MXene具有EMI屏蔽功能。TAPU-MXene薄膜在受拉伸时，MXene纳米片会随基材伸长而滑动，调整电子迁移路径，维持导电通道，保障材料在变形期间的EMI SE。该材料结合了形状记忆功能，能够在无外力作用下实现自固定形变下的可调EMI SE。实验中，TAPU-MXene薄膜在不同拉伸水平下展示了可调的EMI SE。然而，随着形变的增加，EMI SE显著下降，这是由于导电网络的破坏和电导率的降低。切割后材料通过链段的运动和分子间作用力进行愈合，自愈合后的TAPU-MXene薄膜的EMI SE有所下降，但仍表现出良好的屏蔽性能。此外，TAPU-MXene薄膜在特斯拉线圈中的测试也证明了其在变形后仍具有有效的电磁干扰屏蔽能力。这种材料因其优异的粘附性能，适用于各种电子设备的外壳，为日常使用提供电磁干扰保护。
图2 TAPU-MXene复合薄膜在不同形变水平下的电磁屏蔽效能调节能力这种材料能感知人体运动引起的微小变形，导致MXene导电层电阻变化，从而实现对运动的监测。在变形过程中，TAPU-MXene薄膜的导电层破坏增加了电阻，而变形恢复时导电通路的重建则减少了电阻。这一特性使得材料的电导率显示出良好的可逆性，能够适应外界环境的变化。通过监测电信号的变化，TAPU-MXene薄膜能有效监测人体运动，量化其应变灵敏度(GF)，反映了传感器在变形过程中电阻的相对变化。实验中，TAPU-MXene样品在不同应变水平下展示了可调的GF，从73.49降至33.345，证实了其在柔性传感器领域的应用潜力。此外，TAPU-MXene传感器在监测人体运动如手指、手腕、肘部和颈部关节活动时表现出色，即便在自愈后，其传感性能依然保持一致，证明了材料的自愈能力，使其在实际应用中更加耐用和可靠。该研究成果不仅为智能可调电磁屏蔽材料的开发提供了新思路，也为柔性传感器的设计和应用开辟了新途径。TAPU-MXene复合薄膜的这些特性，预示着其在柔性电子、可穿戴技术和生物医学监测等领域的广泛应用前景。随着进一步的研究和优化，这种新型材料有望在多个行业中实现创新应用，为未来的智能设备和健康监测技术提供支持。
图3 TAPU-MXene复合薄膜在不同应变水平下监测人体运动时的电阻变化陕西科技大学为本论文的唯一发表单位，白阳副教授是论文的唯一通讯作者，主要工作由课题组硕士生巨佳怡、潘玉洁等人完成。
原文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724083876
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