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  電子設(shè)備的快速發(fā)展使電磁輻射、電磁干擾等問題日益突出，嚴(yán)重影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行和信息的安全傳遞，并危害人體健康。柔性電磁屏蔽材料可對(duì)電子設(shè)備及其所處環(huán)境進(jìn)行有效防護(hù)，阻止電磁信息泄漏、切斷電磁波傳播途徑、抑制電磁波的輻射和干擾，是解決電磁輻射和電磁干擾問題最為重要的技術(shù)手段之一。隨著新一代柔性電子設(shè)備智能化、便攜化以及可穿戴化的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)電磁屏蔽材料的柔性、輕質(zhì)、導(dǎo)熱性能及力學(xué)性能等方面也提出了更高的要求，亟需研究制備新型高性能、多功能柔性電磁屏蔽復(fù)合膜。

  西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院顧軍渭教授“結(jié)構(gòu)/功能高分子復(fù)合材料”（SFPC）課題組通過在纖維素、聚苯胺基體中分別引入銀納米線、 Ti₃C₂T_x MXene（ACS Appl Mater Interfaces, 2020, 12: 18023；Compos Sci Technol, 2019, 183: 107833）實(shí)現(xiàn)其電磁屏蔽性能的有效提升；以芳綸納米纖維為增強(qiáng)層、 Ti₃C₂T_x MXene/銀納米線雜化導(dǎo)電填料為導(dǎo)電層，制備的雙層結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合膜（ACS Nano, 2020, 14: 8368）兼具良好的柔韌性、優(yōu)異的力學(xué)性能、高電導(dǎo)率、突出的寬頻電磁屏蔽性能和熱管理性能等特性；并采用離子誘導(dǎo)自組裝和真空輔助抽濾成膜工藝制備出多孔結(jié)構(gòu)的Ti₃C₂T_x MXene/rGO電磁屏蔽復(fù)合膜（Carbon, 2021, 175: 271），有效解決二維材料的自堆疊問題，增大片層間距、增加多重反射界面、延長電磁波傳輸路徑，實(shí)現(xiàn)其電磁屏蔽性能的高效提升。

  最近，SFPC課題組2020級(jí)博士研究生張雅莉同學(xué)借助“靜電紡絲-鋪層-熱壓”工藝制備了上下層為Fe₃O₄/聚乙烯醇（PVA）復(fù)合電紡纖維、中間層為Ti₃C₂T_x/PVA復(fù)合電紡纖維的三明治結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合膜。靜電紡絲工藝促使Fe₃O₄和Ti₃C₂T_x沿PVA電紡纖維的徑向排列，有利于增加導(dǎo)磁、導(dǎo)電以及導(dǎo)熱通路形成的可能性。上下磁性層、中間導(dǎo)電層的三明治結(jié)構(gòu)使電磁波在復(fù)合膜中經(jīng)歷“吸收-反射-再吸收”的過程，并使Fe₃O₄和Ti₃C₂T_x的有效濃度提高，增加三明治結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合膜對(duì)電磁波的磁滯損耗，且有助于在較低Ti₃C₂T_x用量下迅速實(shí)現(xiàn)其完整導(dǎo)電、導(dǎo)熱通路的高效搭建。得益于靜電紡絲工藝與三明治結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)構(gòu)建，當(dāng)Ti₃C₂T_x用量為13.3 wt%且Fe₃O₄用量為26.7 wt%時(shí)，三明治結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合膜在75 μm厚度下的電磁屏蔽效能（EMI SE）為40 dB，高于相同填料用量下基于共混-靜電紡絲-熱壓工藝制備的電磁屏蔽復(fù)合膜（21 dB）；此外三明治結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合膜還具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能（導(dǎo)熱系數(shù)λ和熱擴(kuò)散系數(shù)α分別為2.86 W/(m·K)和2.43 mm²/s）和力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度、韌性和楊氏模量分別高達(dá)27.7 MPa、6 MJ/m³和8.27 GPa）。

圖1 三明治結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合膜的制備示意圖（a）及填料表征（b-g）

圖2 復(fù)合電紡纖維和三明治結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合膜的微觀形貌

圖3 三明治結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合膜的電磁屏蔽性能

圖4 三明治結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合膜的電磁屏蔽機(jī)理示意圖

圖5 三明治結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合膜的導(dǎo)熱性能

圖6 三明治結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合膜的力學(xué)性能

  本工作近期以“Flexible Sandwich-Structured Electromagnetic Interference Shielding Nanocomposite Films with Excellent Thermal Conductivities”為題發(fā)表于Small（2021, 10.1002/smll.202101951.）上。第一作者為西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院20級(jí)博士研究生張雅莉同學(xué)，通訊作者是西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院顧軍渭教授。本研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（51773169和51973173）、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)計(jì)劃杰出青年基金項(xiàng)目（2019JC-11）、高分子電磁功能材料陜西省“三秦學(xué)者”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)以及2021年度博士論文創(chuàng)新基金（CX2021107）的資助和支持。

  論文信息：Yali Zhang, Kunpeng Ruan, and Junwei Gu*. Flexible Sandwich-Structured Electromagnetic Interference Shielding Nanocomposite Films with Excellent Thermal Conductivities. Small, 2021, 10.1002/smll.202101951. 2020IF=13.281.

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202101951

作者簡(jiǎn)介： 

張雅莉，女，陜西延安人，2020級(jí)博士研究生。2019年在西北工業(yè)大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，同年加入顧軍渭教授“結(jié)構(gòu)/功能高分子復(fù)合材料”（SFPC）課題組攻讀碩士學(xué)位，并于2020年提前攻讀博士學(xué)位，師從顧軍渭教授。主要從事MXene基電磁屏蔽復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能調(diào)控及機(jī)理研究。主持西北工業(yè)大學(xué)博士論文創(chuàng)新基金1項(xiàng)，參與XXX技術(shù)基礎(chǔ)重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)、北京化工大學(xué)有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題1項(xiàng)。以第一作者在Small, Compos Sci Technol和Carbon等高水平學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI論文4篇，SCI引用800余次，H因子10（入選第一作者ESI熱點(diǎn)論文1篇、ESI高被引論文1篇）；參加國內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議2次（獲優(yōu)秀墻報(bào)獎(jiǎng)1次）；授權(quán)、公開國家發(fā)明專利2件。

顧軍渭，浙江上虞人，西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授、博導(dǎo)，第四屆中國復(fù)合材料學(xué)會(huì)青年科學(xué)家獎(jiǎng)獲得者（2021）、陜西省杰出青年科學(xué)基金獲得者（2019~2021）。入選英國皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士、英國材料學(xué)會(huì)會(huì)士、世界排名前2%科學(xué)家（斯坦福大學(xué)發(fā)布，全球14222名/全球1.76‰，在入選榜單Polymers/Materials類別的全球341名科學(xué)家中名列第16位）�，F(xiàn)任化學(xué)與化工學(xué)院副院長、西北工業(yè)大學(xué)青年教職工工作委員會(huì)主任；任陜西省高分子科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、無人系統(tǒng)研究院智能材料與結(jié)構(gòu)研究所所長、西北工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)研究學(xué)會(huì)會(huì)長；任中國復(fù)合材料學(xué)會(huì)導(dǎo)熱復(fù)合材料專業(yè)委員會(huì)常務(wù)副主任、中國化學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員等。2002~2010在西北工業(yè)大學(xué)獲高分子材料與工程學(xué)士，材料學(xué)碩士、博士學(xué)位；2017年起在理學(xué)院、化學(xué)與化工學(xué)院擔(dān)任教授。主要從事功能高分子復(fù)合材料（導(dǎo)熱、電磁屏蔽、吸波等）和纖維增強(qiáng)先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料（透波、耐燒蝕等）的功能/結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)制備及加工研究工作。獲高等學(xué)�？茖W(xué)研究優(yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)（排名2/6）。主持國家自然科學(xué)基金3項(xiàng)，XXX技術(shù)基礎(chǔ)重點(diǎn)項(xiàng)目、XXX計(jì)劃技術(shù)領(lǐng)域基金項(xiàng)目、XXX配套項(xiàng)目等國家級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng)，陜西省杰出青年科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項(xiàng)目（重點(diǎn)項(xiàng)目）和XXX科研計(jì)劃項(xiàng)目等省部級(jí)項(xiàng)目14項(xiàng)。以第一和/或通訊作者在Angew Chem Int Edit, Sci Bull, Compos Sci Technol和Macromolecules等期刊發(fā)表高水平SCI論文110余篇（入選第一和/或通訊作者ESI熱點(diǎn)論文32篇、ESI高被引論文50篇），SCI引用10000余次（H-index為62）。3篇論文入選2018、2019年“中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文”、1篇論文入選2020年“材料領(lǐng)域10大高被引論文”。在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)會(huì)議上做邀請(qǐng)、口頭報(bào)告16次；任第十一屆亞澳復(fù)合材料會(huì)議、第四屆中國國際復(fù)合材料科技大會(huì)和2019全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)等16個(gè)重要學(xué)術(shù)會(huì)議分會(huì)主席、副秘書長。授權(quán)國家發(fā)明專利21件。任J Mater Sci Technol、Adv Compos Hybrid Mater副主編，Compos Sci Technol、Composites Part B、Compos Commun，Nano-Micro Lett、Mater Today Phys、Nano Res和Chinese J Aeronaut等編委。