随着5G技术普及和智能可穿戴设备的快速迭代，电磁辐射污染问题日益凸显。这不仅影响精密电子仪器的正常运行，还可能对人体健康造成潜在威胁。传统电磁干扰（EMI）屏蔽材料虽能起到一定阻隔作用，却普遍存在“二次污染”隐患——高反射特性导致电磁波的反射；目前已报道的电磁屏蔽材料对低反射、宽频化、规模化工业应用尚未得到充分探索。同时，多数材料难以兼顾机械强度、柔性和极端环境耐受性，无法满足可穿戴设备、航空航天等高端领域的需求。

  针对上述难题，武汉纺织大学王栋教授团队在国际知名期刊《Advanced Science》上发表题目为“High Electrical Conductivity Induced by Surface Confinement Effect in Heterostructured Multifunctional Nanofiber Composite Films for Low-Reflection Electromagnetic Interference Shielding”的研究论文。本研究以聚乙烯醇-共聚-聚乙烯（PVA-co-PE）纳米纤维为基材，结合一维银纳米线（AgNW）和二维MXene纳米片，通过两步喷涂法和表面限域效应制备出具有低反射特征的异质结构多功能纳米纤维复合膜（PAMx）。PAMx复合膜的制备流程及应用如图1所示。

图1 PAM_x复合膜的制备及规模化工业应用。

【PAM_x复合面膜的微观形貌与结构表征】

图2 PAMx复合膜的微观形貌及交联机理。

  如图2所示，复合膜中纳米纤维在戊二醛的作用下发生交联，此外，AgNW、MXene和纳米纤维之间的氢键作用进一步增强了界面作用力，从而在表面形成了稳定的异质结构。

图3 PAMx复合膜的化学结构。

  如图3所示通过XRD、FTIR和XPS分析揭示了PAMx复合膜的化学结构与界面相互作用机制。MXene在蚀刻铝层后，（002）衍射峰从9.5°左移至5.9°，表明铝层成功去除（图3a）。由图3b PAMx复合膜的XRD曲线中出现的（002）晶面为MXene的特征晶面，而（111）、（200）和（220）晶面为AgNW的特征晶面，这说明AgNW与MXene成功与纳米纤维进行发生交联。FTIR分析表明，AgNW与MXene通过O–H和C=O基团形成氢键，导致羟基峰从3441 cm^-1偏移至3457 cm?1（图3c）。随着AgNW/MXene含量增加，复合薄膜的O–H峰从3305 cm^-1移至3376 cm^-1，表明自由羟基向缔合羟基转化，强化了组分间的氢键网络（图3d）。XPS中C=O结合能偏移和O–H结合能升高反映了氢键对界面结合力和导电网络稳定性的增强作用（图3e-i）。这些结果共同表明，氢键与化学相互作用优化了PAMx复合膜的机械性能和导电性能。

【PAM_x复合面膜的性能分析及应用】

图4 PAMx复合膜的电磁屏蔽性能及屏蔽机理。

  图4中描述了PAMx复合膜在8.0-20.0 GHz超宽频范围内展现出以吸收为主的高效电磁屏蔽效能（EMI SE）。当AgNW/MXene含量为5.4 wt%时，复合膜的EMI SE达60.2 dB（其中反射系数R=0.13），表面异质结构的设计使电磁波大部分被吸收进入内部，并且内部碰撞概率显著提升，从而使电磁波完全吸收。该复合膜不仅解决了电磁波被反射引起的二次污染的难题，还可实现工业化大批量生产。

图5 PAMx复合膜与已报道的电磁屏蔽材料的性能对比及仿真优化设计。

  图5中PAMx复合膜的电磁屏蔽性能及综合优势在对比材料中占据性能优势区。该性能源于异质结构结构与导电网络的协同作用，相较于传统高填充材料（通常需>10 wt%填充量），该复合膜在5.4 wt%填充量时即实现60.2 dB的高效电磁屏蔽，其SSE/t值（36352.7 dB cm² g^-1）较碳基/金属复合材料提升近2个数量级。优化响应模型数据图进一步揭示了低填充量通过强化界面氢键作用，同步提升了复合膜的拉伸强度与EMI SE。

图6 PAMx复合膜的焦耳热性能及其应用展示。

  图6描述了PAMx复合膜的导电性能及其焦耳热性能的应用。由于AgNW/MXene导电介质的引入，PAMx复合膜的导电率达到90.6 S/cm，表现出优异的导电性，这也为其具有优异的电磁屏蔽性能奠定了基础。此外，该复合膜还展现出优异的焦耳热性能，当输出电压为2.0 V时，该复合的表面温度可迅速达到饱和温度（44.1℃），该温度为人体适宜温度，并在关闭电压时迅速恢复至室温。这说明该复合膜在人体热疗、焦耳加热器等领域具有重大应用潜力。

图7 PAMx复合膜优异的机械性能及增强机理。

  图7中描述了PAMx复合膜优异的机械性能及其增强机理。随着AgNW/MXene含量增加，复合膜断裂强度高达18.33 MPa，相较于改性前的样品，PAMx复合膜的力学性能显著提升了224%，且经过1万次压缩形变后压缩应力几乎不变，表现出优异的力学稳定性。该复合膜具有优异的机械性能是由于纳米纤维间的交联作用及AgNW、MXene与纳米纤维三者间的氢键二次增强作用，使得界面作用力得到大大提高，进而使得PAMx复合膜具有优异的机械性能。这使其在柔性可穿戴、智能织物等领域具有较大的应用潜力。

图8 PAMx复合膜的可视化应变传感性能。

  图8中展示了PAMx复合膜优异的应变传感性能。即PAMx复合膜通过贴附于人体部位观察电阻率的变化曲线，可实现人体各部位的行为捕捉，这使其在智能可穿戴与人体健康行为监测等领域具有较大潜力。

  该论文的第一作者为武汉纺织大学硕士研究生陶德昌，王栋教授和杨晨光副教授为论文的通讯作者，第一单位为武汉纺织大学纺织纤维及制品教育部重点实验室。该工作受国家自然科学基金等项目的资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202510386