河北
1成果簡介
隨著5G/6G無線通信、航空航天和精密電子設備的迅猛發展，電磁干擾（EMI）已成為威脅器件可靠性和信號完整性的嚴峻挑戰。日益加劇的EMI問題亟需輕質、柔性、以吸收為主導的屏蔽材料。傳統金屬基屏蔽材料雖具有高屏蔽效能，但存在密度大、剛性不可彎折、以反射為主（造成二次污染）等固有缺陷。MXene因其超高電導率、豐富表面官能團和優異的極化損耗能力，已成為新一代EMI屏蔽材料的研究熱點，但純MXene薄膜存在力學性能差、阻抗匹配不佳等問題，限制了其實際應用。
本文，北京化工大學永柳教授團隊在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊發表名為"Coaxial Electrospun MXene/GO@PAN Nanofibers for High-Performance Electromagnetic Interference Shielding and Thermal Insulation"的論文。該研究采用同軸靜電紡絲（coaxial electrospinning）技術，巧妙構建了MXene/GO@PAN核殼結構納米纖維——以富MXene導電核心為內芯，以氧化石墨烯/聚丙烯腈（GO/PAN）為外殼，實現了EMI屏蔽與熱管理的多功能一體化。
該核殼設計的核心優勢在于：(1)MXene富集芯層提供高效的電導損耗和偶極極化，實現電磁波的強吸收衰減；(2)GO/PAN殼層增強力學拉伸強度、改善阻抗匹配、提供界面極化和內部多重反射；(3)核殼異質界面引入豐富的Maxwell-Wagner-Sillars界面極化效應，進一步增強電磁波耗散；(4)多孔纖維膜結構賦予材料優異的隔熱性能和熱耗散能力。優化后的核殼納米纖維（GO:MXene質量比1:2）實現了68.86 dB的屏蔽效能（99.99995%電磁波衰減）、150.0 S·cm?1的電導率和14,085 dB·cm2·g?1的比屏蔽效能，同時兼具高效散熱和防局部過熱功能。
2圖文導讀
圖1、MXene/GO@PAN芯殼納米纖維制造示意圖：（a）MXene的蝕刻，（b）溶液制備，以及（c）MXene/GO@PAN芯殼納米纖維的同軸電旋。
圖2、Ti3C2Tx MXene的蝕刻與結構表征。
圖3、GO/MXene@PAN芯-殼納米纖維的形態學和結構特征分析。
圖4、SEM顯微照片、對應的EDS光譜、元素組成及制備復合納米纖維的纖維直徑分布。
圖5、MXene/GO@PAN芯殼納米纖維的EMI屏蔽性能及衰減機制。
圖6、MXene/GO@PAN芯-阿赫爾納米纖維的熱絕緣特性。
3小結
綜上所述，該工作采用同軸靜電紡絲技術，創新性地構建了MXene/GO@PAN核殼結構納米纖維，實現了EMI屏蔽與熱管理的多功能一體化。核殼設計的核心優勢在于：MXene富集芯層構建高效的電導損耗和偶極極化通路，GO/PAN殼層增強力學強度、改善阻抗匹配并提供界面極化，核殼異質界面引入豐富的MWS極化效應和內部多重反射。優化后的核殼納米纖維（GO:MXene = 1:2）實現了68.86 dB的屏蔽效能（99.99995%電磁波衰減）、150.0 S·cm?1的電導率和14,085 dB·cm2·g?1的比屏蔽效能，同時兼具優異的隔熱散熱和紅外隱身功能。該多功能核殼納米纖維設計為下一代柔性、輕質、吸收主導型EMI屏蔽-熱管理一體化材料的開發提供了可規模化制備的新路徑，在電子器件封裝、航空航天和汽車工業等領域具有廣闊應用前景。
文獻：
https://doi.org/10.1021/acsami.6c05154
來源：材料分析與應用
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