同壳异核多界面单元协同构建纤维素纳米纤维基梯度结构薄膜实现低反射电磁屏蔽与热管理

为解决电磁干扰(EMI)屏蔽材料高反射和热管理性能不足的难题，研究人员通过原位生长Fe3O4壳层构建FeNWs@Fe3O4/AgNWs@Fe3O4同壳异核多界面单元，结合纤维素纳米纤维(CNFs)基梯度结构薄膜，实现了80.87 dB的优异EMI屏蔽效能(SET)，反射损耗(SER)仅6.07 dB，同时具备3.72 W/(m·k)的面内导热性能，为可穿戴电子设备提供多功能解决方案。

　　

随着5G通信和智能电子设备的普及，电磁波污染已成为威胁人类健康的隐形杀手。传统电磁屏蔽材料依赖高导电性反射电磁波，但会造成二次辐射污染；而现有低反射材料又面临屏蔽效能不足、机械性能差等瓶颈。更棘手的是，电子设备在运行中产生的热量积聚会加速元件老化，亟需兼具高效电磁屏蔽、低反射和热管理功能的创新材料。

针对这一多重要求，中国某研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表研究，通过巧妙的材料设计和结构调控，开发出具有革命性性能的纤维素纳米纤维基多功能薄膜。研究核心在于构建"同壳异核多界面单元"——在铁纳米线(FeNWs)和银纳米线(AgNWs)表面原位生长Fe₃O₄壳层，形成FeNWs@Fe₃O₄和AgNWs@Fe₃O₄复合结构。这些单元与高导电的银枝晶(Ag dendrites)、AgNWs协同组装，结合纤维素纳米纤维(CNFs)的模板作用，构建出具有电/磁反向梯度(EMIG)的多层结构薄膜。

关键技术包括：1) 水热法合成AgNWs和FeNWs；2) 共沉淀法构建Fe₃O₄壳层；3) 真空辅助过滤实现EMIG结构逐层组装；4) 通过阻抗分析仪和红外热像仪等设备综合评价电磁屏蔽与热管理性能。

材料制备与表征
通过透射电镜证实成功制备直径66.7 nm的AgNWs和FeNWs@Fe₃O₄核壳结构，Fe₃O₄壳层显著提升了FeNWs的抗氧化性。CNFs的三维网络不仅防止磁性填料团聚，还与线性填料相互锁扣形成稳定导电/磁网络。

电磁屏蔽性能
EMIG结构薄膜展现出80.87 dB的SE_T，远超均质结构薄膜(66.85 dB)。更突破性的是，其SE_R仅6.07 dB，反射系数(R)低至0.75，归因于：1) FeNWs@Fe₃O₄优化阻抗匹配；2) 微观异质界面增强极化损耗；3) EMIG结构构建"吸收-反射-再吸收"路径。

热管理性能
面内导热系数(λ_∥)达3.72 W/(m·k)，面外(λ_⊥)为0.11 W/(m·k)，这种各向异性导热有利于横向散热。在5V电压下可实现120℃的焦耳加热，太阳光照射下具有优异光热转换效率。

应变传感应用
薄膜在0-30%应变范围内表现出稳定电阻变化，可用于监测人体关节运动，拓展了在可穿戴电子领域的应用场景。

该研究通过"同壳异核多界面单元"的创新设计，突破了低反射与高屏蔽效能难以兼得的传统困境。EMIG结构实现了电磁波的多重耗散机制，而CNFs基质的引入解决了柔性电子机械性能差的痛点。特别值得注意的是，FeNWs@Fe₃O₄的引入将反射损耗降低至行业领先水平，较同类研究提升50%以上。这种"一材多用"的设计策略，为下一代智能电子设备提供了材料基础，在航空航天、军事隐身和医疗电子等领域具有广阔应用前景。研究团队Dingwen Yin等人提出的梯度结构构建方法，也为其他多功能复合材料开发提供了新思路。