在智能電子設備日益普及的當代社會，電磁干擾 (EMI) 問題愈發凸顯，對人類健康及電子設備的正常運作構成顯著損壞。在此背景下，傳統的固定電磁屏蔽效能 (EMI SE) 材料已難以適應多變的應用場景，因而，研發具有動態調節能力的EMI SE材料成為了一項迫切的科研需求。盡管現有研究表明，通過外力使材料形變來調控材料內部導電網絡，進而調節其EMI SE是一種可行的策略，但此類方法在實際應用中具有局限性。鑒于此，研發一種能夠在多種環境條件下自適應調節EMI SE的材料依然面臨著重大挑戰。陜西科技大學白陽副教授團隊開發了一種自固定形變下可調節電磁屏蔽效能 (EMI SE) 的柔性薄膜材料TAPU-MXene。該材料通過引入富含兒茶酚基團的單寧酸 (TA) 進行交聯，不僅提升了力學性能和自愈合能力，還展現了出色的粘附性。利用TAPU薄膜的粘附性能，結合高導電性的MXene納米材料，構建了導電網絡，制備出的TAPU-MXene復合薄膜在X波段的EMI SE可達56.7 dB。該薄膜通過形狀記憶能力，實現了在不同形變下EMI SE的自適應調節，從56.7 dB至2.75 dB的寬范圍調節能力，同時保持了穩定的線性靈敏度，能夠作為傳感器檢測人體運動。這表明TAPU-MXene在智能可調電磁屏蔽和柔性傳感器領域具有顯著的應用潛力，相關成果Flexible multifunctional composite films for adjustable EMI shielding behavior under self-fixed deformation發表在《Chemical Engineering Journal》雜志上。
圖1 TAPU-MXene復合膜及其在不同固定變形條件下的可調EMI SE的制備路線示意圖
由于MXene與TAPU表面豐富的的非共價鍵作用，在薄膜表面構建了導電性良好的導電網絡復合層，使TAPU-MXene具有EMI屏蔽功能。TAPU-MXene薄膜在受拉伸時，MXene納米片會隨基材伸長而滑動，調整電子遷移路徑，維持導電通道，保障材料在變形期間的EMI SE。該材料結合了形狀記憶功能，能夠在無外力作用下實現自固定形變下的可調EMI SE。實驗中，TAPU-MXene薄膜在不同拉伸水平下展示了可調的EMI SE。然而，隨著形變的增加，EMI SE顯著下降，這是由于導電網絡的破壞和電導率的降低。切割后材料通過鏈段的運動和分子間作用力進行愈合，自愈合后的TAPU-MXene薄膜的EMI SE有所下降，但仍表現出良好的屏蔽性能。此外，TAPU-MXene薄膜在特斯拉線圈中的測試也證明了其在變形后仍具有有效的電磁干擾屏蔽能力。這種材料因其優異的粘附性能，適用于各種電子設備的外殼，為日常使用提供電磁干擾保護。
圖2 TAPU-MXene復合薄膜在不同形變水平下的電磁屏蔽效能調節能力
圖3 TAPU-MXene復合薄膜在不同應變水平下監測人體運動時的電阻變化
原文鏈接https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724083876
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