近日，材料科學(xué)與工程學(xué)院楊海波教授團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Functional Materials》（IF：19）上發(fā)表了題為“Multiscale Co-Construction of MXene/SiCnw Membrane Featuring Bicapacitor Architecture for Flexible, Stretchable, and Electromagnetic Interference Shielding Applications”的研究論文。陜西科技大學(xué)楊海波教授、林營(yíng)教授、黃文歡教授和中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院有限公司石曉飛高級(jí)工程師為文章共同通訊作者，陜西科技大學(xué)材料學(xué)院博士后蔡志新為文章第一作者，陜西科技大學(xué)為第一通訊單位。
隨著柔性電子設(shè)備向小型化、集成化、輕量化發(fā)展，電磁干擾已成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。傳統(tǒng)電磁屏蔽材料雖依賴(lài)高導(dǎo)電性實(shí)現(xiàn)強(qiáng)反射，但應(yīng)用于高度集成的微型電子設(shè)備時(shí)，極易引發(fā)短路風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題，陜西科技大學(xué)楊海波教授團(tuán)隊(duì)受竹壁結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，創(chuàng)新性地提出了一種雙電容器結(jié)構(gòu)，通過(guò)多尺度共構(gòu)建開(kāi)發(fā)電磁屏蔽復(fù)合薄膜。
研究團(tuán)隊(duì)選擇柔性SiCnw膜作為可拉伸介電層，MXene膜作為電極層，構(gòu)建雙電容結(jié)構(gòu)MXene/SiCnw柔性電磁屏蔽薄膜。這種結(jié)構(gòu)巧妙融合了表面強(qiáng)反射與內(nèi)部高吸收機(jī)制，兩者協(xié)同作用大幅提升了屏蔽效果。該MXene/SiCnw膜取得了令人矚目的屏蔽、機(jī)械與功能集成性能。1）超強(qiáng)屏蔽能力：在60 μm厚度下，電磁屏蔽效能達(dá)65.8 dB，遠(yuǎn)超多數(shù)傳統(tǒng)柔性屏蔽材料；2）優(yōu)異機(jī)械性能：最大拉伸應(yīng)變達(dá)30.1%，拉伸強(qiáng)度達(dá)37.4 MPa，能承受5000次彎曲循環(huán)和10%拉伸回復(fù)后仍保持穩(wěn)定性能，解決了MXene材料本身脆性大的痛點(diǎn)；3）多功能應(yīng)用：通過(guò)納米級(jí)缺陷（MXene褶皺、SiCnw堆垛層錯(cuò)）、微米級(jí)三維網(wǎng)絡(luò)和宏觀雙電容分層結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了反射與吸收的高效配合，同時(shí)賦予材料各向異性——橫向具備高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，縱向則絕緣絕熱，滿(mǎn)足復(fù)雜場(chǎng)景需求。因此，這種多尺度共構(gòu)建策略為開(kāi)發(fā)具有強(qiáng)大電磁干擾屏蔽能力和機(jī)械性能的柔性薄膜提供了新途徑。
圖1 MXene/SiCnw復(fù)合薄膜的設(shè)計(jì)和制備示意圖
圖2 a) MXene/SiCnw膜的數(shù)碼照片和模型；b) 具有層狀雙電容器結(jié)構(gòu)的MXene/SiCnw膜的橫截面SEM圖像；c) SiCnw三維網(wǎng)絡(luò)的SEM圖像；d) MXene膜的頂視圖；e) 帶有褶皺的MXene納米片的TEM圖像；f) MXene膜的XRD圖譜；g) 具有堆垛層錯(cuò)的SiCnw的TEM圖像；h) SiCnw的高分辨率TEM圖像；i) SiCnw網(wǎng)絡(luò)的XRD圖譜
圖3 a) 復(fù)合薄膜的X波段電磁屏蔽效率；b) 復(fù)合薄膜的SET、SER和SEA的平均值；c)復(fù)合薄膜的R、A和T的功率系數(shù)；d)樣品的模擬屏蔽效能；e) 不同電容器結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜對(duì)電磁波的影響；f) 含缺陷SiC的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度；g) MXene/SiC能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度
圖4 a) 復(fù)合薄膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)；b) 復(fù)合薄膜的拉伸強(qiáng)度和應(yīng)變；c) 承受10 g重量的M/S3復(fù)合薄膜的照片；d) M/S3復(fù)合薄膜的斷裂行為；e) MXene層的鋸齒狀階梯狀裂紋區(qū)域；f) SiCnw三維網(wǎng)絡(luò)的聚集-拔出；g) M/S3復(fù)合薄膜的拉伸、斷裂和電磁屏蔽機(jī)制
圖5 a) M/S3膜的屏蔽應(yīng)用；b) M/S3膜拉伸彎曲后屏蔽性能的變化；c) M/S3膜隨時(shí)間的性能趨勢(shì)；d) 不同角度和e) 不同壓縮厚度下M/S3膜的電磁干擾屏蔽性能；f) 隨時(shí)間變化的紅外圖像；g) M/S3膜的潛在應(yīng)用
原文鏈接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202512838
（核稿：伍媛婷 編輯：王亮）
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