河北
1成果简介
随着5G/6G无线通信、航空航天和精密电子设备的迅猛发展，电磁干扰（EMI）已成为威胁器件可靠性和信号完整性的严峻挑战。日益加剧的EMI问题亟需轻质、柔性、以吸收为主导的屏蔽材料。传统金属基屏蔽材料虽具有高屏蔽效能，但存在密度大、刚性不可弯折、以反射为主（造成二次污染）等固有缺陷。MXene因其超高电导率、丰富表面官能团和优异的极化损耗能力，已成为新一代EMI屏蔽材料的研究热点，但纯MXene薄膜存在力学性能差、阻抗匹配不佳等问题，限制了其实际应用。
本文，北京化工大学永柳教授团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊发表名为"Coaxial Electrospun MXene/GO@PAN Nanofibers for High-Performance Electromagnetic Interference Shielding and Thermal Insulation"的论文。该研究采用同轴静电纺丝（coaxial electrospinning）技术，巧妙构建了MXene/GO@PAN核壳结构纳米纤维——以富MXene导电核心为内芯，以氧化石墨烯/聚丙烯腈（GO/PAN）为外壳，实现了EMI屏蔽与热管理的多功能一体化。
该核壳设计的核心优势在于：(1)MXene富集芯层提供高效的电导损耗和偶极极化，实现电磁波的强吸收衰减；(2)GO/PAN壳层增强力学拉伸强度、改善阻抗匹配、提供界面极化和内部多重反射；(3)核壳异质界面引入丰富的Maxwell-Wagner-Sillars界面极化效应，进一步增强电磁波耗散；(4)多孔纤维膜结构赋予材料优异的隔热性能和热耗散能力。优化后的核壳纳米纤维（GO:MXene质量比1:2）实现了68.86 dB的屏蔽效能（99.99995%电磁波衰减）、150.0 S·cm⁻¹的电导率和14,085 dB·cm²·g⁻¹的比屏蔽效能，同时兼具高效散热和防局部过热功能。
2图文导读
图1、MXene/GO@PAN芯壳纳米纤维制造示意图：（a）MXene的蚀刻，（b）溶液制备，以及（c）MXene/GO@PAN芯壳纳米纤维的同轴电旋。
图2、Ti3C2Tx MXene的蚀刻与结构表征。
图3、GO/MXene@PAN芯-壳纳米纤维的形态学和结构特征分析。
图4、SEM显微照片、对应的EDS光谱、元素组成及制备复合纳米纤维的纤维直径分布。
图5、MXene/GO@PAN芯壳纳米纤维的EMI屏蔽性能及衰减机制。
图6、MXene/GO@PAN芯-阿赫尔纳米纤维的热绝缘特性。
3小结
综上所述，该工作采用同轴静电纺丝技术，创新性地构建了MXene/GO@PAN核壳结构纳米纤维，实现了EMI屏蔽与热管理的多功能一体化。核壳设计的核心优势在于：MXene富集芯层构建高效的电导损耗和偶极极化通路，GO/PAN壳层增强力学强度、改善阻抗匹配并提供界面极化，核壳异质界面引入丰富的MWS极化效应和内部多重反射。优化后的核壳纳米纤维（GO:MXene = 1:2）实现了68.86 dB的屏蔽效能（99.99995%电磁波衰减）、150.0 S·cm⁻¹的电导率和14,085 dB·cm²·g⁻¹的比屏蔽效能，同时兼具优异的隔热散热和红外隐身功能。该多功能核壳纳米纤维设计为下一代柔性、轻质、吸收主导型EMI屏蔽-热管理一体化材料的开发提供了可规模化制备的新路径，在电子器件封装、航空航天和汽车工业等领域具有广阔应用前景。
文献：
https://doi.org/10.1021/acsami.6c05154
来源：材料分析与应用
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