没食子酸介导的MXene在丝绸纺织品上原位沉积用于高效电磁干扰屏蔽和红外热伪装

《Composites Communications》：Gallic acid-mediated MXene in-situ deposition on silk textiles for efficient electromagnetic interference shielding and infrared thermal camouflage

　　

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  GA分子促进MXene在纤维上的有序沉积，形成连续且稳定的导电网络。
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  ST-MG具有优异的柔韧性、透气性、透湿性和环境稳定性。
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  具有接近50 dB的EMI SE_T值的纺织品，可屏蔽99.999%的入射电磁波。
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  用纺织品覆盖热源表面可将红外探测器测得的温度降低约20 °C。

引言

随着个人安全意识的不断增强，将防护功能融入日常纺织品已成为材料科学领域的前沿课题[1]，[2]，[3]。尽管丝绸和棉花等传统材料具有优异的皮肤相容性和舒适性，但其电导率极低，不适合复杂应用。从装饰美学向健康防护转变的关键在于如何在保持纺织品的固有柔软性、透气性和透湿性的同时赋予其高性能功能性和环境耐久性[4]，[5]。然而，功能添加剂的引入往往不可避免地损害纺织品的触感和微环境，导致穿着体验下降[6]，[7]。因此，如何用简单的策略在纤维表面构建稳定的功能层，同时不损害纺织品的固有舒适性，是个人防护纺织品实际应用迫切需要解决的关键挑战。

过渡金属碳化物/氮化物（Ti₃C₂T_x MXene）因其金属级导电性、丰富的表面官能团和水分散性，被认为是制备轻质超薄导电涂层的理想候选材料[8]，[9]。近年来，基于MXene的复合材料在电磁干扰（EMI）屏蔽、红外（IR）热伪装、热管理和柔性传感等领域取得了系列重大进展。在薄膜和气凝胶的结构设计方面，研究人员通过交联、定向冷冻和真空过滤等策略实现了电磁屏蔽效果，同时集成了热传导、传感、焦耳加热和热伪装等功能[10]，[11]，[12]，[13]，[14]，[15]。此外，在多功能复合材料和智能响应领域，基于异质结构、梯度组装和同轴湿法纺丝的设计使这些材料还能实现能量收集和红外伪装等功能[16]，[17]，[18]。此外，基于MXene的印刷器件也被用于多刺激防伪和红外热伪装[19]。这些研究表明MXene作为多功能防护材料具有巨大潜力，并为电磁屏蔽和红外热伪装的结构设计提供了重要见解。

上述研究大多聚焦于整体薄膜、气凝胶、冷凝胶、湿纺核壳纤维或印刷器件，其材料形态和制备工艺与自然纺织品存在显著差异。将MXene纳米片组装到纺织品上有望实现电磁波的高效反射和吸收，同时利用其红外发射特性实现热伪装[20]，[21]，[22]。然而，基于MXene的防护纺织品商业化仍面临一些挑战。MXene纳米片倾向于在纤维表面团聚和无序堆叠，导致导电网络不连续，限制导电效率[23]，[24]。MXene固有的化学不稳定性，特别是在湿热环境中容易发生氧化和失活，显著缩短了其防护功能的使用寿命[25]，[26]。因此，迫切需要开发一种绿色便捷的策略，既能诱导MXene在纤维表面有序沉积以提高导电性，又能建立微环境屏障以增强其抗氧化能力，从而充分实现MXene的防护潜力。

在我们之前的研究中，没食子酸（GA）被用作MXene纳米片的杂化剂，并表现出优异的抗氧化性能[27]；然而，繁琐的制备工艺和有限的加工设备阻碍了基于MXene的防护纺织品的发展。基于此，本研究提出了一种简单且可规模化的方法，利用天然多酚化合物GA介导MXene纳米片在丝绸纺织品表面的原位沉积（图1a）。该策略利用GA的分子粘附特性，通过界面相互作用促进纳米片在纤维表面的连续桥接，从而形成致密且有序的导电通道。此外，GA的抗氧化性能有效钝化了MXene边缘的活性位点，显著提高了纺织品的环境服役稳定性。基于丝绸纺织品优异的导电性，评估了其EMI屏蔽和红外热伪装性能。本工作为开发具有可穿戴、多功能防护功能的下一代智能纺织品提供了实用的技术路径。

各部分片段

材料

丝绸纺织品（ST，130 g/m²）由浙江华家纺织有限公司提供。Ti₃AlC₂ MAX（98%，400目）购自吉林亿易科技有限公司。氟化锂（LiF，AR）和没食子酸（GA，98%）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。盐酸（HCl，38.0 wt%）购自国药化学试剂有限公司。所有化学品均直接使用，未经进一步纯化。

MXene纳米片分散液的制备

根据先前报道的方法，合成了高质量的Ti₃C₂T_x MXene。

GA介导的MXene纳米片

MXene纳米片具有丰富的表面端基，便于通过GA进行小分子修饰。对GA介导的纳米片微观结构进行了分析。如图1b所示，经GA修饰的纳米片仍保持较大的尺寸，且保持透明和柔韧性，其表观形貌无显著变化[28]。消光光谱进一步证实了GA与MXene之间的相互作用。从图1c可以看出，GA水溶液的…

结论

本研究提出了一种简单策略，通过天然多酚化合物GA介导MXene纳米片在丝绸纺织品表面原位沉积，制备出具有卓越可穿戴性的个人防护丝绸纺织品。GA起到粘合剂的作用，将纳米片结合在一起，从而显著促进导电介质在纤维表面的均匀沉积。在GA抗氧化性能的支撑下，基于MXene的丝绸纺织品表现出…

CRediT作者贡献声明

杜程熙：软件、调查、形式分析。石晓杰：软件、调查、形式分析。胡玲玲：写作——审阅与编辑、验证、资源、项目管理、方法论、资金获取、概念构思。王平：监督、方法论。卢森森：软件、调查、形式分析。郑国林：监督、方法论。严标标：写作——原始草稿、软件、项目管理、方法论、调查、资金

利益冲突声明

作者声明不存在财务利益冲突。

利益冲突声明

? 作者声明不存在任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报道的工作。

致谢

本研究由中国浙江省自然科学基金（批准号LQN26E030037）、中国国家自然科学基金（批准号 22508256）、浙江省博士后研究择优资助计划（ZJ2026198）、江苏省丝绸工程重点实验室开放基金项目、苏州大学（KJS2452）、湖南省自然科学基金（批准号2025JJ60305）以及浙江省大学生创新

严标标|李宇航|杜程熙|石晓杰|卢森森|郑国林|胡玲玲|王平