纤维素接枝n型聚合物构筑可持续电磁屏蔽材料：可回收与生物降解性能的突破

本刊推荐：面对电子废弃物激增与可持续性挑战，研究人员开发了一种基于纤维素纳米纤维与n型导电聚合物（nPBFDO）复合的可降解电磁干扰（EMI）屏蔽薄膜。该材料通过简易制备工艺实现屏蔽效能（SET）29.77–83.77 dB，重复加工10次后仍保持97.72%性能，并在土壤中完全降解，为绿色电子器件提供新方案。

　　

随着5G/6G物联网和精密技术的飞速发展，电磁干扰（EMI）屏蔽材料的需求日益迫切。这类材料能防止设备故障和信号干扰，并减少电磁污染对健康的潜在风险。然而，传统的金属基、碳基屏蔽材料通常不可降解、难以回收，加剧了全球电子废弃物危机——每年约5600万吨的电子垃圾对环境、健康和经济构成严重威胁。面对日益严格的环境法规和可持续发展目标（SDGs），开发高性能、可回收且可生物降解的EMI屏蔽材料成为当务之急。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，由南京理工大学安全科学与工程学院、结构化学国家重点实验室等单位的研究人员组成的团队，通过将可再生纤维素纳米纤维（cCNFs）与n型导电聚合物（nPBFDO）及离子液体（IL）添加剂复合，成功制备出一种全有机、可回收且可生物降解的高性能EMI屏蔽薄膜。该材料不仅屏蔽效能可调（最高达83.77 dB），还能在十次回收后保持97.72%的初始性能，并可在土壤中完全降解，不留持久性废物，为电子行业提供了一条可持续的发展路径。

研究人员采用溶液基真空过滤法，将nPBFDO接枝到羧化纤维素纳米纤维（cCNFs）上，并引入[VPBAMIm]Br离子液体增强机械性能。通过调控nPBFDO含量（4.8–27.3 wt%），实现了屏蔽效能的广泛可调。材料表征包括TEM、SEM、XRD、FTIR、XPS、SAXS、Zeta电位和TGA分析，电磁性能通过矢量网络分析仪（X波段）和HFSS仿真评估，生物降解性通过土壤埋藏实验验证。

（"PBFDO/cCNFs）^IL薄膜的制备与表征

通过动态硼酸酯键、氢键和范德华力协同作用，离子液体与cCNFs形成强化交联网络，nPBFDO通过溶剂置换自组装包覆纤维，形成均匀导电网络。SAXS和STEM显示材料具有各向同性结构和连续纳米纤维网络，Zeta电位（-39.7 mV）和粒度分布证实分散稳定性。RDG模拟揭示了主导的氢键和静电相互作用机制。

物理性能

引入离子液体显著提升了薄膜的拉伸应力和应变（如cCNFs^IL拉伸模量提高），同时热稳定性良好（热分解温度303–404°C）。表面粗糙度AFM显示nPBFDO涂层增加粗糙度（R_a=20.9 nm），XRD证实IL和nPBFDO的加入使纤维素纤维排列更紧密。

EMI屏蔽性能

薄膜电导率随nPBFDO含量增加而显著提升（最高1.08×10⁴ S/m）。在X波段，屏蔽效能SE_T可达83.77 dB，且以吸收主导（SE_A占比82.05%）。HFSS仿真和特斯拉线圈实验直观验证了屏蔽效果。与既往研究相比，该材料的单位厚度屏蔽效能（SE_T/t达399 dB/mm）优于多数金属基、碳基和导电聚合物基材料。

化学耐受性与可持续性

薄膜对环境（水、有机溶剂、酸、盐雾）表现出良好稳定性，接触角测试显示疏水性增强。基于nPBFDO在DMSO中的可再溶解性，薄膜可通过简单分散-过滤循环实现回收，十次循环后电导率和机械性能保留率超93%。土壤降解实验表明，100天内薄膜完全分解，而PVC对照无变化。

该研究成功开发了一种基于纤维素和n型聚合物的高性能EMI屏蔽薄膜，兼具可调屏蔽效能、优异机械性能、环境耐受性、闭环可回收性和完全生物降解性。这不仅解决了传统屏蔽材料不可持续的问题，还为电子器件的绿色设计提供了材料基础，符合联合国可持续发展目标（SDG 12），有望在消费电子、通信和国防领域推动循环经济发展。未来，该策略可扩展至其他功能性n型聚合物和生物基基质，进一步促进可持续电子材料的创新。