近日，材料科學與工程學院楊海波教授團隊，在國際頂級期刊《Advanced Functional Materials》（IF：19）上發(fā)表了題為“Multiscale Co-Construction of MXene/SiCnw Membrane Featuring Bicapacitor Architecture for Flexible, Stretchable, and Electromagnetic Interference Shielding Applications”的研究論文。陜西科技大學楊海波教授、林營教授、黃文歡教授和中國建筑材料科學研究總院有限公司石曉飛高級工程師為文章共同通訊作者，陜西科技大學材料學院博士后蔡志新為文章第一作者，陜西科技大學為第一通訊單位。
隨著柔性電子設備向小型化、集成化、輕量化發(fā)展，電磁干擾已成為亟待解決的關鍵問題。傳統(tǒng)電磁屏蔽材料雖依賴高導電性實現(xiàn)強反射，但應用于高度集成的微型電子設備時，極易引發(fā)短路風險。針對這一問題，陜西科技大學楊海波教授團隊受竹壁結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，創(chuàng)新性地提出了一種雙電容器結(jié)構(gòu)，通過多尺度共構(gòu)建開發(fā)電磁屏蔽復合薄膜。
研究團隊選擇柔性SiCnw膜作為可拉伸介電層，MXene膜作為電極層，構(gòu)建雙電容結(jié)構(gòu)MXene/SiCnw柔性電磁屏蔽薄膜。這種結(jié)構(gòu)巧妙融合了表面強反射與內(nèi)部高吸收機制，兩者協(xié)同作用大幅提升了屏蔽效果。該MXene/SiCnw膜取得了令人矚目的屏蔽、機械與功能集成性能。1）超強屏蔽能力：在60 μm厚度下，電磁屏蔽效能達65.8 dB，遠超多數(shù)傳統(tǒng)柔性屏蔽材料；2）優(yōu)異機械性能：最大拉伸應變達30.1%，拉伸強度達37.4 MPa，能承受5000次彎曲循環(huán)和10%拉伸回復后仍保持穩(wěn)定性能，解決了MXene材料本身脆性大的痛點；3）多功能應用：通過納米級缺陷（MXene褶皺、SiCnw堆垛層錯）、微米級三維網(wǎng)絡和宏觀雙電容分層結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用，實現(xiàn)了反射與吸收的高效配合，同時賦予材料各向異性——橫向具備高導電性和導熱性，縱向則絕緣絕熱，滿足復雜場景需求。因此，這種多尺度共構(gòu)建策略為開發(fā)具有強大電磁干擾屏蔽能力和機械性能的柔性薄膜提供了新途徑。
圖1 MXene/SiCnw復合薄膜的設計和制備示意圖
圖2 a) MXene/SiCnw膜的數(shù)碼照片和模型；b) 具有層狀雙電容器結(jié)構(gòu)的MXene/SiCnw膜的橫截面SEM圖像；c) SiCnw三維網(wǎng)絡的SEM圖像；d) MXene膜的頂視圖；e) 帶有褶皺的MXene納米片的TEM圖像；f) MXene膜的XRD圖譜；g) 具有堆垛層錯的SiCnw的TEM圖像；h) SiCnw的高分辨率TEM圖像；i) SiCnw網(wǎng)絡的XRD圖譜
圖3 a) 復合薄膜的X波段電磁屏蔽效率；b) 復合薄膜的SET、SER和SEA的平均值；c)復合薄膜的R、A和T的功率系數(shù)；d)樣品的模擬屏蔽效能；e) 不同電容器結(jié)構(gòu)的復合薄膜對電磁波的影響；f) 含缺陷SiC的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度；g) MXene/SiC能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度
圖4 a) 復合薄膜的應力-應變曲線；b) 復合薄膜的拉伸強度和應變；c) 承受10 g重量的M/S3復合薄膜的照片；d) M/S3復合薄膜的斷裂行為；e) MXene層的鋸齒狀階梯狀裂紋區(qū)域；f) SiCnw三維網(wǎng)絡的聚集-拔出；g) M/S3復合薄膜的拉伸、斷裂和電磁屏蔽機制
圖5 a) M/S3膜的屏蔽應用；b) M/S3膜拉伸彎曲后屏蔽性能的變化；c) M/S3膜隨時間的性能趨勢；d) 不同角度和e) 不同壓縮厚度下M/S3膜的電磁干擾屏蔽性能；f) 隨時間變化的紅外圖像；g) M/S3膜的潛在應用
原文鏈接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202512838
（核稿：伍媛婷 編輯：王亮）
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