通过具有高效电磁干扰（EMI）屏蔽性能的多功能绿色复合材料，实现“废弃”MXene材料的价值转化

《Science China-Materials》：Valorization of “waste” MXene through multifunctional green composites with high-efficiency EMI shielding

本工作创新性制备了废MXene沉淀与纤维素纳米纤维的复合薄膜，采用简便铸造法。其电磁屏蔽效能达52.3 dB（X波段，0.57mm），并可在宽频段（X/Ku/K/Ka）精准调控至超53.9 dB（0.50mm）。同时具备卓越光热响应（100mW/cm2下80秒达100°C），兼具高强度、高导电性和环保特性，为可穿戴电子、电磁屏蔽及热疗提供高效、经济、可持续的解决方案。

　　

摘要

开发高性能、环保且多功能性的电磁干扰（EMI）屏蔽纳米复合材料具有很高的实用性。近年来，过渡金属氮化物（MXenes）在构建EMI屏蔽材料方面展现出了巨大潜力，但受限于低产量、有限的利用效率以及制备成本高昂，难以在实际应用中得到广泛使用。本研究介绍了一种新型纳米复合薄膜，该薄膜由“废弃”的MXene沉淀物（MS）和可持续的纤维素纳米纤维（CNFs）组成，采用简单直接的浇铸方法制备而成。这种纳米复合材料不仅提高了MXene层的利用率，还实现了卓越的EMI屏蔽效果：80 wt.%的MS/CNF纳米复合薄膜在厚度仅为0.57 mm时，在X波段的屏蔽效果达到52.3 dB。值得注意的是，该材料的EMI屏蔽效果可在广泛的频率范围内进行精确调节，包括X波段、Ku波段、K波段和Ka波段，在0.50 mm厚度下屏蔽效果始终超过53.9 dB。此外，该纳米复合薄膜还表现出显著的光热响应特性，在100 mW/cm2的光照下80秒内温度可升至100°C。凭借其出色的机械强度、电导率和环境可持续性，MS/CNF纳米复合材料在可穿戴电子设备、EMI屏蔽以及热疗等领域具有巨大应用潜力，为下一代电子技术和节能技术提供了一种多功能且可扩展的解决方案。

开发高性能、环保且多功能性的电磁干扰（EMI）屏蔽纳米复合材料具有很高的实用性。近年来，过渡金属氮化物（MXenes）在构建EMI屏蔽材料方面展现出了巨大潜力，但受限于低产量、有限的利用效率以及制备成本高昂，难以在实际应用中得到广泛使用。本研究介绍了一种新型纳米复合薄膜，该薄膜由“废弃”的MXene沉淀物（MS）和可持续的纤维素纳米纤维（CNFs）组成，采用简单直接的浇铸方法制备而成。这种纳米复合材料不仅提高了MXene层的利用率，还实现了卓越的EMI屏蔽效果：80 wt.%的MS/CNF纳米复合薄膜在厚度仅为0.57 mm时，在X波段的屏蔽效果达到52.3 dB。值得注意的是，该材料的EMI屏蔽效果可在广泛的频率范围内进行精确调节，包括X波段、Ku波段、K波段和Ka波段，在0.50 mm厚度下屏蔽效果始终超过53.9 dB。此外，该纳米复合薄膜还表现出显著的光热响应特性，在100 mW/cm2的光照下80秒内温度可升至100°C。凭借其出色的机械强度、电导率和环境可持续性，MS/CNF纳米复合材料在可穿戴电子设备、EMI屏蔽以及热疗等领域具有巨大应用潜力，为下一代电子技术和节能技术提供了多功能且可扩展的解决方案。