近日，南京航空航天大學潘蕾教授課題組報道了一種新型的電磁干擾（EMI）屏蔽膜，由一維細菌纖維素（BC）、二維MXene納米片和零維空心Fe3O4（HFO）納米球構筑而成，具有新穎的非對稱層狀結構，其靈感來源于一種名為“Baklava”（蜜糖果仁千層酥）的土耳其傳統(tǒng)甜點。該三組分復合薄膜通過逐層真空抽濾法制備而成，具有電/磁雙梯度以及空心結構，顯著改善了阻抗匹配，在具有高電磁屏蔽效能的同時，又可有效減少電磁波反射來帶的二次污染。同時，得益于梯度結構設計，該復合薄膜還兼具優(yōu)異的力學性能、焦耳熱性能以及主/被動紅外偽裝特性。相關研究成果于2025年1月15日以“An electric-magnetic dual-gradient composite film comprising MXene, hollow Fe3O4 and bacterial cellulose for high-performance EMI shielding and infrared camouflage”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》雜志上，南京航空航天大學博士生劉夢欣為第一作者，張浩然副教授與潘蕾教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金等項目的資助。
這項研究提出了一種新型EMI屏蔽膜，由細菌纖維素（BC）、MXene 和空心 Fe3O4（HFO）納米球組成，具有非對稱層狀結構，其靈感來自傳統(tǒng)土耳其甜點“Baklava”。通過逐層真空抽濾法精確控制每層中導電MXene和磁性HFO的含量，構筑了電/磁雙梯度結構，顯著改善了阻抗匹配；同時，HFO中空結構促進了電磁波的“吸收-反射-重吸收”多重損耗機制。該薄膜厚度僅為0.35 mm，EMI總屏蔽效能（SET）達67.6 dB，反射效能（SER）僅為5.1 dB，吸收系數A為0.32。此外，得益于梯度結構設計，該復合薄膜具有優(yōu)異的力學性能（拉伸強度達112 MPa）、低紅外發(fā)射率（0.37）、高面內熱導率（3.32 W m-1 K-1）以及高效的焦耳熱性能，從而展現出優(yōu)異的被動及主動紅外偽裝功能，可適應多種不同的真實戰(zhàn)場環(huán)境。該電/磁雙梯度多功能EMI屏蔽復合薄膜有望在航空航天、國防及可穿戴電子設備等領域得到應用。
研究亮點：
1. 設計并制備了由導電MXene、磁性中空Fe3O4和細菌纖維素基體組成的非對稱三組份復合膜，具有獨特的電/磁雙梯度結構。
2. 電/磁雙梯度及空心結構顯著改善了阻抗匹配，并豐富了損耗機制（包括介電損耗、磁損耗、界面損耗以及空腔中的“吸收-反射-重吸收”多重反射損耗），在提高總屏蔽效能的同時有效降低電磁波的反射。
3. 梯度及多層結構設計有效抑制了應力作用下薄膜內部裂紋的萌生與擴展，顯著提高了薄膜的拉伸強度、斷裂伸長率和彈性模量等力學性能。
4. 該薄膜具有低紅外發(fā)射率、高面內熱導率和良好的電熱轉換性能（焦耳熱），因此在較寬的溫度范圍內表現出優(yōu)異的被動和主動紅外偽裝功能，能夠適應多種極端環(huán)境。
圖1. 電/磁雙梯度復合膜的制備與表征。
圖2. 復合膜的電磁屏蔽特性。
圖3. 電磁屏蔽應用示例及電磁波損耗機理。
圖4. 復合膜的優(yōu)異力學性能。
圖5. 復合膜的導熱特性及被動紅外偽裝。
圖6. 復合膜的焦耳熱性能及主動紅外偽裝。
原文鏈接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202419077
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