电子设备的快速发展使电磁辐射、电磁干扰等问题日益突出，严重影响电子设备的正常运行和信息的安全传递，并危害人体健康。柔性电磁屏蔽材料可对电子设备及其所处环境进行有效防护，阻止电磁信息泄漏、切断电磁波传播途径、抑制电磁波的辐射和干扰，是解决电磁辐射和电磁干扰问题最为重要的技术手段之一。随着新一代柔性电子设备智能化、便携化以及可穿戴化的发展趋势，对电磁屏蔽材料的柔性、轻质、导热性能及力学性能等方面也提出了更高的要求，亟需研究制备新型高性能、多功能柔性电磁屏蔽复合膜。

  西北工业大学化学与化工学院顾军渭教授“结构/功能高分子复合材料”（SFPC）课题组通过在纤维素、聚苯胺基体中分别引入银纳米线、 Ti₃C₂T_x MXene（ACS Appl Mater Interfaces, 2020, 12: 18023；Compos Sci Technol, 2019, 183: 107833）实现其电磁屏蔽性能的有效提升；以芳纶纳米纤维为增强层、 Ti₃C₂T_x MXene/银纳米线杂化导电填料为导电层，制备的双层结构电磁屏蔽复合膜（ACS Nano, 2020, 14: 8368）兼具良好的柔韧性、优异的力学性能、高电导率、突出的宽频电磁屏蔽性能和热管理性能等特性；并采用离子诱导自组装和真空辅助抽滤成膜工艺制备出多孔结构的Ti₃C₂T_x MXene/rGO电磁屏蔽复合膜（Carbon, 2021, 175: 271），有效解决二维材料的自堆叠问题，增大片层间距、增加多重反射界面、延长电磁波传输路径，实现其电磁屏蔽性能的高效提升。

  最近，SFPC课题组2020级博士研究生张雅莉同学借助“静电纺丝-铺层-热压”工艺制备了上下层为Fe₃O₄/聚乙烯醇（PVA）复合电纺纤维、中间层为Ti₃C₂T_x/PVA复合电纺纤维的三明治结构电磁屏蔽复合膜。静电纺丝工艺促使Fe₃O₄和Ti₃C₂T_x沿PVA电纺纤维的径向排列，有利于增加导磁、导电以及导热通路形成的可能性。上下磁性层、中间导电层的三明治结构使电磁波在复合膜中经历“吸收-反射-再吸收”的过程，并使Fe₃O₄和Ti₃C₂T_x的有效浓度提高，增加三明治结构电磁屏蔽复合膜对电磁波的磁滞损耗，且有助于在较低Ti₃C₂T_x用量下迅速实现其完整导电、导热通路的高效搭建。得益于静电纺丝工艺与三明治结构的优化设计构建，当Ti₃C₂T_x用量为13.3 wt%且Fe₃O₄用量为26.7 wt%时，三明治结构电磁屏蔽复合膜在75 μm厚度下的电磁屏蔽效能（EMI SE）为40 dB，高于相同填料用量下基于共混-静电纺丝-热压工艺制备的电磁屏蔽复合膜（21 dB）；此外三明治结构电磁屏蔽复合膜还具有优异的导热性能（导热系数λ和热扩散系数α分别为2.86 W/(m·K)和2.43 mm²/s）和力学性能（拉伸强度、韧性和杨氏模量分别高达27.7 MPa、6 MJ/m³和8.27 GPa）。

图1 三明治结构电磁屏蔽复合膜的制备示意图（a）及填料表征（b-g）

图2 复合电纺纤维和三明治结构电磁屏蔽复合膜的微观形貌

图3 三明治结构电磁屏蔽复合膜的电磁屏蔽性能

图4 三明治结构电磁屏蔽复合膜的电磁屏蔽机理示意图

图5 三明治结构电磁屏蔽复合膜的导热性能

图6 三明治结构电磁屏蔽复合膜的力学性能

  本工作近期以“Flexible Sandwich-Structured Electromagnetic Interference Shielding Nanocomposite Films with Excellent Thermal Conductivities”为题发表于Small（2021, 10.1002/smll.202101951.）上。第一作者为西北工业大学化学与化工学院20级博士研究生张雅莉同学，通讯作者是西北工业大学化学与化工学院顾军渭教授。本研究工作得到了国家自然科学基金（51773169和51973173）、陕西省自然科学基础计划杰出青年基金项目（2019JC-11）、高分子电磁功能材料陕西省“三秦学者”创新团队以及2021年度博士论文创新基金（CX2021107）的资助和支持。

  论文信息：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.

  原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202101951

作者简介： 

张雅莉，女，陕西延安人，2020级博士研究生。2019年在西北工业大学获学士学位，同年加入顾军渭教授“结构/功能高分子复合材料”（SFPC）课题组攻读硕士学位，并于2020年提前攻读博士学位，师从顾军渭教授。主要从事MXene基电磁屏蔽复合膜的结构设计、性能调控及机理研究。主持西北工业大学博士论文创新基金1项，参与XXX技术基础重点项目1项、北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室开放课题1项。以第一作者在Small, Compos Sci Technol和Carbon等高水平学术期刊发表SCI论文4篇，SCI引用800余次，H因子10（入选第一作者ESI热点论文1篇、ESI高被引论文1篇）；参加国内学术会议2次（获优秀墙报奖1次）；授权、公开国家发明专利2件。

顾军渭，浙江上虞人，西北工业大学化学与化工学院教授、博导，第四届中国复合材料学会青年科学家奖获得者（2021）、陕西省杰出青年科学基金获得者（2019~2021）。入选英国皇家化学会会士、英国材料学会会士、世界排名前2%科学家（斯坦福大学发布，全球14222名/全球1.76‰，在入选榜单Polymers/Materials类别的全球341名科学家中名列第16位）。现任化学与化工学院副院长、西北工业大学青年教职工工作委员会主任；任陕西省高分子科学与技术重点实验室副主任、无人系统研究院智能材料与结构研究所所长、西北工业大学基础研究学会会长；任中国复合材料学会导热复合材料专业委员会常务副主任、中国化学会高级会员等。2002~2010在西北工业大学获高分子材料与工程学士，材料学硕士、博士学位；2017年起在理学院、化学与化工学院担任教授。主要从事功能高分子复合材料（导热、电磁屏蔽、吸波等）和纤维增强先进树脂基复合材料（透波、耐烧蚀等）的功能/结构一体化设计制备及加工研究工作。获高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）技术发明二等奖（排名2/6）。主持国家自然科学基金3项，XXX技术基础重点项目、XXX计划技术领域基金项目、XXX配套项目等国家级项目4项，陕西省杰出青年科学基金、广东省基础与应用基础研究基金项目（重点项目）和XXX科研计划项目等省部级项目14项。以第一和/或通讯作者在Angew Chem Int Edit, Sci Bull, Compos Sci Technol和Macromolecules等期刊发表高水平SCI论文110余篇（入选第一和/或通讯作者ESI热点论文32篇、ESI高被引论文50篇），SCI引用10000余次（H-index为62）。3篇论文入选2018、2019年“中国百篇最具影响国际学术论文”、1篇论文入选2020年“材料领域10大高被引论文”。在国内外重要学术会议上做邀请、口头报告16次；任第十一届亚澳复合材料会议、第四届中国国际复合材料科技大会和2019全国高分子学术论文报告会等16个重要学术会议分会主席、副秘书长。授权国家发明专利21件。任J Mater Sci Technol、Adv Compos Hybrid Mater副主编，Compos Sci Technol、Composites Part B、Compos Commun，Nano-Micro Lett、Mater Today Phys、Nano Res和Chinese J Aeronaut等编委。