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  隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，電磁波輻射污染引起人們的廣泛重視，迫切需要研究可為智能電子設(shè)備如便攜式電子設(shè)備、智能可穿戴設(shè)備和戶外設(shè)備(如通信基站、變壓器等)提供安全可靠的電磁防護材料和裝置，特別是力學(xué)性能優(yōu)異、柔韌性良好、制備方法簡易可行、兼?zhèn)涑δ艿碾姶牌帘尾牧鲜墙鉀Q寒冷和高原地區(qū)因電磁輻射戶外電子、電力和電信設(shè)備和設(shè)施造成信號干擾和損壞、延長服役壽命的有效解決方案。

  針對寒冷氣候環(huán)境使用電磁屏蔽材料和裝置對電磁屏蔽性能、力學(xué)強度和柔韌性以及耐用性的特殊要求，四川大學(xué)盧燦輝教授、周澤航副研究員通過多層次結(jié)構(gòu)調(diào)控-表界面相互作用機制研究，實現(xiàn)二維過渡金屬碳化物和碳氮化物（MXene）/納米纖維素基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控與高性能多功能化，取得系列研究成果（Adv. Mater. Interfaces 2021, 2002168.; Sci China Mater 2021, 64(6): 1437–1448.; ACS Nano 2020, 14, 7055-7065.; ACS Nano 2020, 14, 2788?2797.; Cellulose, 2020, 27, 7475–7488.; J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 9820.; Adv. Mater. Interfaces 2019, 1802040.）�；谇捌谘芯抗ぷ�，研究團隊提出通過噴涂輔助層層自組裝策略將MXene/納米纖維素（CNF）混合功能墨水噴涂在細(xì)菌纖維素（BC）基體上制備具有致密層狀堆積形態(tài)結(jié)構(gòu)的高性能電磁屏蔽與電/熱、光/熱除冰功能的MXene/納米纖維素薄膜，為寒冷和高原地區(qū)戶外電子、電力和電信設(shè)備和設(shè)施的電磁屏蔽提供了一種耐用的兼具電/熱和光/熱轉(zhuǎn)換和除冰功能的多功能復(fù)合材料。

圖1. TM/BC復(fù)合薄膜的制備機理展示

  得益于細(xì)菌纖維素（BC）薄膜優(yōu)異的力學(xué)性能和緊密層狀堆積的MXene/CNF功能涂層，該復(fù)合膜表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)強度（＞250 MPa），并展現(xiàn)了出色的導(dǎo)電性和電磁屏蔽效能。硅橡膠封裝賦予了復(fù)合薄膜（Si-TM/BC）出色的疏水性，在溶劑、超聲處理和機械變形的條件下表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)與性能穩(wěn)定性，甚至在洗衣機重復(fù)清洗的條件下仍然保持了完整的結(jié)構(gòu)與性能。

圖2.復(fù)合薄膜的（a）形貌結(jié)構(gòu)、（b）力學(xué)性能、（c）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、（d）導(dǎo)電性和（e、f）電磁屏蔽性能

  MXene材料優(yōu)異的導(dǎo)電性和局部表面等離子體共振(LSPR)效應(yīng)使其具有出色的電/光熱轉(zhuǎn)化特性，在熱管理領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大應(yīng)用前景。作者研究了復(fù)合薄膜電加熱與光熱轉(zhuǎn)換性能，結(jié)果表明僅3 V的驅(qū)動電壓即可在不到一分鐘的時間內(nèi)將復(fù)合薄膜迅速升溫至80 °C以上并可長期保持恒定，中斷供電以后溫度又迅速降低，展現(xiàn)出出色的熱響應(yīng)速度和高效的電熱轉(zhuǎn)換效率；在模擬自然光下連續(xù)10次長達(dá)260 min的光照/冷卻循環(huán)以后，復(fù)合薄膜的最高飽和溫度可保持在90 °C，顯示出了優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化特性和性能穩(wěn)定性。作者測試了實際自然環(huán)境條件下Si-TM/BC復(fù)合薄膜的電-/光-熱除冰研究，結(jié)果表明復(fù)合薄膜在通電和自然光照的條件下都表現(xiàn)了良好的熱除冰性能，該高性能功能復(fù)合薄膜在精密電子儀器的電磁屏蔽保護和熱處理領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力。

圖3.復(fù)合薄膜的電熱、光熱轉(zhuǎn)化性能和熱除冰性能

  該研究成果以“Facile Fabrication of Densely Packed Ti₃C₂ MXene/Nanocellulose Composite Film for Enhancing Electromagnetic Interference Shielding and Electro-/Photothermal Performance” 為題發(fā)表在《ACS Nano》上。文章通訊作者是四川大學(xué)盧燦輝教授，第一作者是四川大學(xué)周澤航副研究員。

  全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04526