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南航潘蕾、張浩然 AFM：具有電/磁雙梯度結(jié)構(gòu)的高性能電磁屏蔽與紅外偽裝復(fù)合薄膜
2025-01-17  來(lái)源：中國(guó)聚合物網(wǎng)
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  近日，南京航空航天大學(xué)潘蕾教授課題組報(bào)道了一種新型的電磁干擾（EMI）屏蔽膜，由一維細(xì)菌纖維素（BC）、二維MXene納米片和零維空心Fe3O4（HFO）納米球構(gòu)筑而成，具有新穎的非對(duì)稱(chēng)層狀結(jié)構(gòu)，其靈感來(lái)源于一種名為“Baklava”（蜜糖果仁千層酥）的土耳其傳統(tǒng)甜點(diǎn)。該三組分復(fù)合薄膜通過(guò)逐層真空抽濾法制備而成，具有電/磁雙梯度以及空心結(jié)構(gòu)，顯著改善了阻抗匹配，在具有高電磁屏蔽效能的同時(shí)，又可有效減少電磁波反射來(lái)帶的二次污染。同時(shí)，得益于梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該復(fù)合薄膜還兼具優(yōu)異的力學(xué)性能、焦耳熱性能以及主/被動(dòng)紅外偽裝特性。相關(guān)研究成果于2025年1月15日以“An electric-magnetic dual-gradient composite film comprising MXene, hollow Fe3O4 and bacterial cellulose for high-performance EMI shielding and infrared camouflage”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》雜志上，南京航空航天大學(xué)博士生劉夢(mèng)欣為第一作者，張浩然副教授與潘蕾教授為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。


隨著5G/6G電子通信設(shè)備的普及和軍事領(lǐng)域的發(fā)展，電磁干擾（EMI）問(wèn)題日益凸顯。強(qiáng)烈的電磁干擾不僅擾亂電子設(shè)備的正常功能，而且對(duì)人體健康構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)兼具優(yōu)異力學(xué)性能與綜合多功能特性的高性能EMI屏蔽材料。目前，設(shè)計(jì)和制造用于EMI屏蔽的薄膜，在保持高的總屏蔽效能的同時(shí)減少反射，仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。
這項(xiàng)研究提出了一種新型EMI屏蔽膜，由細(xì)菌纖維素（BC）、MXene 和空心 Fe3O4（HFO）納米球組成，具有非對(duì)稱(chēng)層狀結(jié)構(gòu)，其靈感來(lái)自傳統(tǒng)土耳其甜點(diǎn)“Baklava”。通過(guò)逐層真空抽濾法精確控制每層中導(dǎo)電MXene和磁性HFO的含量，構(gòu)筑了電/磁雙梯度結(jié)構(gòu)，顯著改善了阻抗匹配；同時(shí)，HFO中空結(jié)構(gòu)促進(jìn)了電磁波的“吸收-反射-重吸收”多重?fù)p耗機(jī)制。該薄膜厚度僅為0.35 mm，EMI總屏蔽效能（SET）達(dá)67.6 dB，反射效能（SER）僅為5.1 dB，吸收系數(shù)A為0.32。此外，得益于梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該復(fù)合薄膜具有優(yōu)異的力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度達(dá)112 MPa）、低紅外發(fā)射率（0.37）、高面內(nèi)熱導(dǎo)率（3.32 W m-1 K-1）以及高效的焦耳熱性能，從而展現(xiàn)出優(yōu)異的被動(dòng)及主動(dòng)紅外偽裝功能，可適應(yīng)多種不同的真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。該電/磁雙梯度多功能EMI屏蔽復(fù)合薄膜有望在航空航天、國(guó)防及可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
研究亮點(diǎn)：
1. 設(shè)計(jì)并制備了由導(dǎo)電MXene、磁性中空Fe3O4和細(xì)菌纖維素基體組成的非對(duì)稱(chēng)三組份復(fù)合膜，具有獨(dú)特的電/磁雙梯度結(jié)構(gòu)。
2. 電/磁雙梯度及空心結(jié)構(gòu)顯著改善了阻抗匹配，并豐富了損耗機(jī)制（包括介電損耗、磁損耗、界面損耗以及空腔中的“吸收-反射-重吸收”多重反射損耗），在提高總屏蔽效能的同時(shí)有效降低電磁波的反射。
3. 梯度及多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效抑制了應(yīng)力作用下薄膜內(nèi)部裂紋的萌生與擴(kuò)展，顯著提高了薄膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量等力學(xué)性能。
4. 該薄膜具有低紅外發(fā)射率、高面內(nèi)熱導(dǎo)率和良好的電熱轉(zhuǎn)換性能（焦耳熱），因此在較寬的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的被動(dòng)和主動(dòng)紅外偽裝功能，能夠適應(yīng)多種極端環(huán)境。 

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圖1. 電/磁雙梯度復(fù)合膜的制備與表征。


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圖2. 復(fù)合膜的電磁屏蔽特性。


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圖3. 電磁屏蔽應(yīng)用示例及電磁波損耗機(jī)理。


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圖4. 復(fù)合膜的優(yōu)異力學(xué)性能。


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圖5. 復(fù)合膜的導(dǎo)熱特性及被動(dòng)紅外偽裝。


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圖6. 復(fù)合膜的焦耳熱性能及主動(dòng)紅外偽裝。


原文鏈接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202419077


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（責(zé)任編輯：xu）
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