基于三明治结构纤维素复合材料的电磁屏蔽-红外隐身-焦耳加热多功能一体化研究

针对电磁污染治理难题，研究人员通过整合Ti3C2Tx和Fe3O4构建"导体-磁体-导体"三明治结构纤维素复合材料，实现62.9 dB的EMI屏蔽效能、低红外发射率（104.8°C/25s焦耳加热）及11.9 MPa力学强度，为绿色多功能材料设计提供新范式。

　　

随着5G/6G技术的迅猛发展，电磁污染已成为威胁人类健康和电子设备安全的隐形杀手。传统金属屏蔽材料笨重易腐蚀，碳基复合材料又难以兼顾环保与多功能性。在此背景下，纤维素基材料因其可再生、轻质柔韧的特性进入研究视野，但如何通过结构设计实现"一材多能"仍是重大挑战。

中国某高校研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表的研究中，创新性地将二维材料Ti₃C₂T_x(MXene的一种)与磁性Fe₃O₄纳米颗粒结合，以TEMPO氧化纤维素纳米纤维(TOCNF)和阳离子淀粉(CS)为基质，构建出具有"导体-磁体-导体"三明治结构的PPF/TCT复合材料。关键技术包括：1) LiF/HCl蚀刻法制备Ti₃C₂T_x；2) 聚多巴胺修饰纤维素纸原位生成Fe₃O₄；3) 静电自组装构建TOCNF/CS/Ti₃C₂T_x水凝胶涂层。

【材料相互作用与结构表征】
XRD证实Ti₃AlC₂经蚀刻后(002)晶面峰位移至6.7°，SEM显示其层状剥离形貌。FTIR证明TOCNF的羧基与CS的铵基通过静电作用形成三维网络，有效固定Ti₃C₂T_x纳米片。

【电磁屏蔽性能】
三明治结构通过三重损耗机制实现62.9 dB的屏蔽效能：1) Ti₃C₂T_x层介电损耗(电导率1.5×10⁴ S/m)；2) Fe₃O₄层磁损耗(饱和磁化强度45.6 emu/g)；3) 纤维素纸孔隙的多重反射。吸收系数达0.32，远优于单层结构。

【红外隐身与焦耳加热】
Ti₃C₂T_x的低红外发射率(0.25)使复合材料在69.9°C热源上仅显示30.5°C表面温度。5V电压下25秒内快速升温至104.8°C，循环稳定性超过50次。

该研究开创性地将环境友好与多功能性融为一体，其结构设计策略为新一代智能隐身材料开发提供了重要参考。特别是材料在军事伪装、电子防护等领域的应用潜力，以及Ti₃C₂T_x与生物质材料的协同效应，将推动绿色功能材料的发展。