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  保護敏感設備免受電磁輻射損害需要開發高性能的電磁屏蔽薄膜。隨著薄膜厚度減小至微米/納米級，由于反射減弱，電磁屏蔽能力通常會迅速下降。因此，在亞微米薄膜中實現增強的電磁屏蔽性能仍是一個未解決的挑戰。受水果表皮自然起皺現象的啟發，北京航空航天大學王廣勝教授&劉明杰教授&劉利民教授團隊提出了一種均勻應變策略，通過聚合物均勻脫水收縮實現自起皺誘導MXene形成圖案化晶格結構。均勻的起皺幅度可從0.8 μm調節至6 μm。晶格結構導致MXene形成了額外的導電路徑和表面散射，所獲得的晶格結構薄膜在17 μm厚度時表現出高達81.5 dB的出色電磁屏蔽性能，在經歷各種惡劣測試條件后仍保持較高的電磁屏蔽性能和穩定性。這些結果表明，基于傳統材料的超薄薄膜通過褶皺誘導的表面規則圖案，具有提升電磁屏蔽性能的潛力。

  該工作以“Regular-wrinkling tunable MXene lattice for electromagnetic interference shielding”為題發表在《Nature Communications》。文章第一作者是北京航空航天大學張珊博士。該研究得到國家自然科學基金委的支持。

圖1：晶格結構MXene的形成過程與表征

(A) 水果表皮在自然環境中形成褶皺。(B) 晶格結構MXene的制備示意圖。(C) MXene在聚酰亞胺 (PI) 表面的截面SEM圖像。數據來自十次獨立實驗(n=10)，結果具有代表性且相似。(D)晶格結構MXene在不同放大倍數下的SEM圖像。數據來自十次獨立實驗(n=10)，結果具有代表性且相似。(E)晶格結構MXene的三維原子力顯微鏡圖像。(F)晶格結構MXene與近期報道的其他電磁干擾屏蔽材料性能對比。紅圈內的五個五角星代表通過本方法制備的樣品。

圖2：晶格結構 MXene 的電磁干擾屏蔽性能與機理

(A)平面MXene與晶格結構MXene在X波段的總屏蔽效能、吸收屏蔽效能及反射屏蔽效能的平均值對比。(B)晶格結構MXene的電磁干擾屏蔽效能及其截面掃描電鏡圖像。數據來自十次獨立實驗(n=10)，結果具有代表性且相似。(C) 晶格結構MXene在Ku、K及Ka波段的電磁干擾屏蔽效能。(D)不同MXene體積分數、平面MXene及晶格結構MXene薄膜的電磁干擾屏蔽效能對比。(E)不同厚度的晶格結構MXene在X波段的電磁干擾屏蔽效能。(F)10 GHz頻率下晶格結構薄膜的有限元模擬電流密度分布圖，及(G)電場方向分布圖。(H)晶格結構MXene薄膜的電磁干擾屏蔽機理示意圖。帶箭頭的藍色曲線表示入射電磁波，帶箭頭的黃色曲線表示多重散射，帶箭頭的橙色曲線表示表面反射的電磁波。在放大圖中，帶箭頭的紅色直線及發出的藍光表示導電通路，黃色箭頭則代表電磁波在單個晶格單元內的散射過程。

圖3：MXene/PI 薄膜經受各種嚴苛測試條件后的力學性能與耐久性

(A) MXene/PI薄膜與其他MXene基電磁屏蔽材料的性能對比。(B)受力后MXene/PI薄膜的電導率與電磁干擾屏蔽效能。(C) MXene/PI薄膜在初始狀態、8%應變及11%應變下的掃描電鏡圖像。拉伸后交叉晶格區域出現的裂紋位于虛線圓圈內。數據來自十次獨立實 (n=10)，結果具有代表性且相似。(D)晶格結構 MXene、平面MXene及MXene-VAF在 180°彎曲后的電阻變化。(E)超聲清洗前/后、(F)300℃高溫、-196℃低溫、pH=1酸性環境及熱沖擊處理前/后MXene/PI薄膜的電磁屏蔽效能。(G)晶格結構MXene、平面 MXene與 MXene-VAF的抗氧化活性對比。

圖4：MXene/PI 薄膜的焦耳熱效應與除冰性能

(A)MXene/PI薄膜在不同驅動電壓下10秒內的紅外熱成像圖。(B)MXene/PI薄膜在不同驅動電壓下的溫度-時間曲線。(C)MXene/PI薄膜的電壓與溫度性能與文獻報道值的對比。(D)MXene-VAF、平面MXene及晶格結構MXene薄膜的水接觸角。(E)結冰實驗示意圖。(F)MXene-VAF、平面MXene及晶格結構MXene薄膜的結冰時間。(G)施加電壓后冰塊的融化與滑落過程。

結論：

  本文報道了一種通過聚合物在脫水反應中收縮誘導形成的自褶皺晶格結構MXene。該晶格結構提供了額外的電磁波散射界面與更多導電通路，從而增強了電磁波損耗。得益于這一結構，厚度僅為 17微米的褶皺 MXene 薄膜實現了高達 81.5 dB 的電磁干擾屏蔽效能。獨特的晶格結構使其在經受機械拉伸、超聲處理、高低溫、酸性溶液及濕熱環境等多種嚴苛條件后，仍能保持 75 dB 以上的屏蔽效能。此外，MXene/PI 薄膜還表現出疏水性與快速的焦耳熱除冰特性。本研究提出了一種具有前景的無機材料自組裝圖案化策略，為在惡劣環境或嚴苛工況下實現高效電磁干擾屏蔽應用展示了潛力。

  原文鏈接：Regular-wrinkling tunable MXene lattice for electromagnetic interference shieldingShan Zhang, Juntao Wu, Zhi-Ling Hou, Pengfei Hu, Bo Cai, Chenming Liang, Lu Zhou, Wenhao Liang, Yufeng Xue, Martin C. Koo, Pei-Yan Zhao, Li-Min Liu*, Mingjie Liu* & Guang-Sheng Wang*

  https://doi.org/10.1038/s41467-025-68035-2