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  隨著5G技術普及和智能可穿戴設備的快速迭代，電磁輻射污染問題日益凸顯。這不僅影響精密電子儀器的正常運行，還可能對人體健康造成潛在威脅。傳統電磁干擾（EMI）屏蔽材料雖能起到一定阻隔作用，卻普遍存在“二次污染”隱患——高反射特性導致電磁波的反射；目前已報道的電磁屏蔽材料對低反射、寬頻化、規模化工業應用尚未得到充分探索。同時，多數材料難以兼顧機械強度、柔性和極端環境耐受性，無法滿足可穿戴設備、航空航天等高端領域的需求。

  針對上述難題，武漢紡織大學王棟教授團隊在國際知名期刊《Advanced Science》上發表題目為“High Electrical Conductivity Induced by Surface Confinement Effect in Heterostructured Multifunctional Nanofiber Composite Films for Low-Reflection Electromagnetic Interference Shielding”的研究論文。本研究以聚乙烯醇-共聚-聚乙烯（PVA-co-PE）納米纖維為基材，結合一維銀納米線（AgNW）和二維MXene納米片，通過兩步噴涂法和表面限域效應制備出具有低反射特征的異質結構多功能納米纖維復合膜（PAMx）。PAMx復合膜的制備流程及應用如圖1所示。

圖1 PAM_x復合膜的制備及規模化工業應用。

【PAM_x復合面膜的微觀形貌與結構表征】

圖2 PAMx復合膜的微觀形貌及交聯機理。

  如圖2所示，復合膜中納米纖維在戊二醛的作用下發生交聯，此外，AgNW、MXene和納米纖維之間的氫鍵作用進一步增強了界面作用力，從而在表面形成了穩定的異質結構。

圖3 PAMx復合膜的化學結構。

  如圖3所示通過XRD、FTIR和XPS分析揭示了PAMx復合膜的化學結構與界面相互作用機制。MXene在蝕刻鋁層后，（002）衍射峰從9.5°左移至5.9°，表明鋁層成功去除（圖3a）。由圖3b PAMx復合膜的XRD曲線中出現的（002）晶面為MXene的特征晶面，而（111）、（200）和（220）晶面為AgNW的特征晶面，這說明AgNW與MXene成功與納米纖維進行發生交聯。FTIR分析表明，AgNW與MXene通過O–H和C=O基團形成氫鍵，導致羥基峰從3441 cm^-1偏移至3457 cm?1（圖3c）。隨著AgNW/MXene含量增加，復合薄膜的O–H峰從3305 cm^-1移至3376 cm^-1，表明自由羥基向締合羥基轉化，強化了組分間的氫鍵網絡（圖3d）。XPS中C=O結合能偏移和O–H結合能升高反映了氫鍵對界面結合力和導電網絡穩定性的增強作用（圖3e-i）。這些結果共同表明，氫鍵與化學相互作用優化了PAMx復合膜的機械性能和導電性能。

【PAM_x復合面膜的性能分析及應用】

圖4 PAMx復合膜的電磁屏蔽性能及屏蔽機理。

  圖4中描述了PAMx復合膜在8.0-20.0 GHz超寬頻范圍內展現出以吸收為主的高效電磁屏蔽效能（EMI SE）。當AgNW/MXene含量為5.4 wt%時，復合膜的EMI SE達60.2 dB（其中反射系數R=0.13），表面異質結構的設計使電磁波大部分被吸收進入內部，并且內部碰撞概率顯著提升，從而使電磁波完全吸收。該復合膜不僅解決了電磁波被反射引起的二次污染的難題，還可實現工業化大批量生產。

圖5 PAMx復合膜與已報道的電磁屏蔽材料的性能對比及仿真優化設計。

  圖5中PAMx復合膜的電磁屏蔽性能及綜合優勢在對比材料中占據性能優勢區。該性能源于異質結構結構與導電網絡的協同作用，相較于傳統高填充材料（通常需>10 wt%填充量），該復合膜在5.4 wt%填充量時即實現60.2 dB的高效電磁屏蔽，其SSE/t值（36352.7 dB cm² g^-1）較碳基/金屬復合材料提升近2個數量級。優化響應模型數據圖進一步揭示了低填充量通過強化界面氫鍵作用，同步提升了復合膜的拉伸強度與EMI SE。

圖6 PAMx復合膜的焦耳熱性能及其應用展示。

  圖6描述了PAMx復合膜的導電性能及其焦耳熱性能的應用。由于AgNW/MXene導電介質的引入，PAMx復合膜的導電率達到90.6 S/cm，表現出優異的導電性，這也為其具有優異的電磁屏蔽性能奠定了基礎。此外，該復合膜還展現出優異的焦耳熱性能，當輸出電壓為2.0 V時，該復合的表面溫度可迅速達到飽和溫度（44.1℃），該溫度為人體適宜溫度，并在關閉電壓時迅速恢復至室溫。這說明該復合膜在人體熱療、焦耳加熱器等領域具有重大應用潛力。

圖7 PAMx復合膜優異的機械性能及增強機理。

  圖7中描述了PAMx復合膜優異的機械性能及其增強機理。隨著AgNW/MXene含量增加，復合膜斷裂強度高達18.33 MPa，相較于改性前的樣品，PAMx復合膜的力學性能顯著提升了224%，且經過1萬次壓縮形變后壓縮應力幾乎不變，表現出優異的力學穩定性。該復合膜具有優異的機械性能是由于納米纖維間的交聯作用及AgNW、MXene與納米纖維三者間的氫鍵二次增強作用，使得界面作用力得到大大提高，進而使得PAMx復合膜具有優異的機械性能。這使其在柔性可穿戴、智能織物等領域具有較大的應用潛力。

圖8 PAMx復合膜的可視化應變傳感性能。

  圖8中展示了PAMx復合膜優異的應變傳感性能。即PAMx復合膜通過貼附于人體部位觀察電阻率的變化曲線，可實現人體各部位的行為捕捉，這使其在智能可穿戴與人體健康行為監測等領域具有較大潛力。

  該論文的第一作者為武漢紡織大學碩士研究生陶德昌，王棟教授和楊晨光副教授為論文的通訊作者，第一單位為武漢紡織大學紡織纖維及制品教育部重點實驗室。該工作受國家自然科學基金等項目的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202510386