电磁干扰会损害精密仪器的功能，存在信息泄露风险，并可能对人体健康产生不利影响 [1], [2], [3]。这些担忧在雷达系统、天线阵列、军事指挥系统和计量等敏感应用中尤为关键 [4], [5]。因此，迫切需要开发低成本、结构稳定、环保的高性能电磁屏蔽材料 [6], [7], [8], [9]。然而，传统材料固有的电磁屏蔽能力不足。例如，研究表明，含水率为 5.5% 的 300 毫米厚混凝土墙在 0.03–1 GHz 频率范围内仅实现 3–10 dB 的衰减 [10], [11], [12], [13]。因此，为了满足日益严格的屏蔽要求，大多数现有策略依赖于金属合金或功能性导电涂层的应用 [12], [14]。尽管已经开发出了各种方法，但它们通常涉及非环境友好的工艺。高性能电磁屏蔽材料清洁生产策略的开发仍存在关键缺口 [15], [16], [17]。
历史上，金属材料被广泛用作电磁屏蔽的主要选择。它们大致分为两大类：(1) 高导电性金属（如 Ag, Cu, Al, Ni），因其卓越的导电性而备受推崇，主要用于电场衰减和宽带电磁屏蔽 [15], [18]。(2) 铁磁合金（如 Fe, 硅钢，坡莫合金，Fe-Al/Fe-Co 体系），具有高磁导率的特征，专为低频 (<100 kHz) 磁场抑制而优化 [19], [20]。虽然金属板和网格在建筑中表现出有效的电磁屏蔽，但它们存在显著的实用局限性。关键缺点包括材料成本高、质量大以及固有的延展性使得成型工艺复杂化。此外，与保护涂层或复合材料的结构不兼容性限制了灵活性。一个关键的操作性挑战是它们在长期受潮下易受腐蚀，需要昂贵的维护并产生巨大的生命周期成本 [21], [22], [23], [24]。
虽然水泥在水化后能产生大量胶凝材料，如 C-S-H（硅酸钙水合物）和 CH（氢氧化钙），但它不包含具有电磁屏蔽功能的相关成分。基水泥电磁屏蔽复合材料是通过掺入功能添加剂而设计的工程材料 [25], [26], [27], [28]。这些复合材料根据添加剂成分进行分类：金属填充系统利用金属粉末、纤维或网格来提高导电性和磁导率（例如，钢纤维增强混凝土 (SFRC) 在 1–2% 纤维体积分数下，在 0.1–3 GHz 范围内实现屏蔽效能 (SE) >15 dB [10], [16], [29], [30]）；碳基变体掺入碳纳米管 (CNTs) 或炭黑 (CB)，含有 0.5 wt% CNTs 的复合材料在 10 GHz 下显示出 SE >20 dB [31], [32], [33], [34]）。至关重要的是，这些复合材料的屏蔽效果主要源于掺入的添加剂，而不是水泥基体的固有特性，因为纯水泥表现出可忽略不计的电磁衰减 [35], [36]。必须认识到，水泥生产过程本身能耗极高，并且是全球二氧化碳排放的主要贡献者。
表面应用的电磁屏蔽涂层通过沉积导电薄膜提供了另一种策略。这些涂层由石化衍生合成树脂、导电填料和通常排放挥发性有机化合物 (VOC) 的溶剂配制而成，通过多层片状填充系统在 0.01–18 GHz 范围内实现 SE >60 dB [37], [38]。例如，100 μm 厚的镍基涂层将 2.45 GHz 微波传输减少了 35 dB，同时保持了 70% 的光学透明度。然而，实际和环境的局限性依然存在：基于银的配方材料成本超过 200 美元/米2，附着力耐久性在 ΔT >50 °C 的热循环下降，表面磨损不可避免 [39], [40]，至关重要的是，它们对不可再生石化原料和基于溶剂的加工过程的依赖与清洁生产原则根本冲突。
综上所述，包括金属合金、水泥复合材料和表面涂层在内的传统电磁屏蔽方法面临着与高成本、耐久性有限、环境负担相关的重大缺陷 [41], [42], [43], [44]。一项主要的科学挑战是从可持续来源开发结构稳定且经济实惠的屏蔽材料，特别是通过重新利用固体废物以实现低碳足迹。为了弥补这一差距，本研究旨在开发一种源自铁矿尾矿的基于地质聚合物的电磁干扰 (EMI) 屏蔽材料，追求固体废物增值和结构 - 功能整合的双重目标。铁矿尾矿 (IOTs) 由于其丰富的含铁相和铁磁性物质，在电磁屏蔽应用中具有巨大潜力 [45], [46], [47], [48], [49]；然而，这些铁磁性相在碱激发基体中的离散分布未能形成连续导电网络，从而限制了屏蔽性能的进一步提升。为了克服这一局限性，本工作中引入了氧化石墨烯 (GO) 和 MXenes 作为功能增强相，以利用它们的互补优势。具体来说，具有丰富表面官能团的 GO 促进了地质聚合物化和界面结合，导致机械强度和界面极化损耗增强。相反，具有高固有导电性的 MXenes 即使在低剂量下也能构建高效的导电网络，有效地提高了电磁屏蔽效能。这两种成分的结合构建了一个三维 (3D) 导电网络，实现了机械和屏蔽性能的同步改善。对所得复合材料的机械性能和电磁屏蔽性能进行了全面调查。此外，采用了包括 X 射线衍射 (XRD)、傅里叶变换红外光谱 (FTIR)、扫描电子显微镜 (SEM) 和能量色散 X 射线光谱 (EDS) 在内的微观表征技术来阐明潜在的增强机制。至关重要的是，与传统电磁屏蔽方法相比，这项研究表明了一条基于废物回收的制造环保电磁屏蔽材料的充满希望的途径。
