摘要：随着电子信息技术的迅猛发展，电磁污染已成为亟待解决的重要问题，对社会与健康构成威胁。静电纺丝技术因能制备柔性、轻质的电磁屏蔽复合膜而备受关注。然而，当前多数静电纺丝复合膜屏蔽效能单一，缺乏足够的适应性，限制了其在多样化场景中的应用潜力。形状记忆聚合物作为一种先
江南大学李文兵副研究员：具有可编程电磁屏蔽效能的形状记忆EVA/MXene/EVA复合膜
随着电子信息技术的迅猛发展，电磁污染已成为亟待解决的重要问题，对社会与健康构成威胁。静电纺丝技术因能制备柔性、轻质的电磁屏蔽复合膜而备受关注。然而，当前多数静电纺丝复合膜屏蔽效能单一，缺乏足够的适应性，限制了其在多样化场景中的应用潜力。形状记忆聚合物作为一种先进的智能材料，具备形状可逆转换的特性，将其引入电磁屏蔽领域，不仅可望实现屏蔽效能的智能化调控，还极具研究价值与前景。
近日，江南大学李文兵副研究员团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“Flexible and durable shape memory EVA/MXene/EVA fiber membrane for programmable EMI shielding”。研究者通过静电纺丝、真空过滤和热压工艺，制备出具有可编程电磁屏蔽效能的柔性poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA)/MXene/EVA复合膜。即使MXene含量较低，复合膜在X波段的EMI SE仍达到了40.5 dB，且SSE/t高达6.23 × 103 dB cm2 g-1。
此外，复合膜表现出优异的形状记忆性能，形状固定率（Rf）为93.8%，形状回复率（Rr）为92.1%，在0-30%的拉伸应变下实现了14.1-40.5 dB的可编程屏蔽效能。复合膜还能作为电磁屏蔽开关，控制电磁波的接收与屏蔽。同时，复合膜展现出优异的疏水性能、高效的电热转换能力以及卓越的耐久性。重要的是，即使经过500次弯曲和折叠循环，以及长时间暴露于强酸和强碱环境中，其屏蔽效能几乎保持不变。本研究不仅为恶劣环境下多功能、智能电磁屏蔽复合材料的研发提供了新的思路，也进一步拓宽了形状记忆智能材料的应用领域。
图1：EVA/MXene/EVA复合膜的制备过程
首先，利用静电纺丝和紫外光固化技术制备高交联的EVA纤维膜；其次，通过真空过滤技术将MXene纳米片均匀沉积在EVA纤维膜表面，形成EVA/MXene复合膜；最后，采用热压技术在特定条件下制备出含不同MXene量的EVA/MXene/EVA复合膜，如图1所示。初始EVA纤维膜结构疏松，力学性能不佳，经过紫外光固化处理后，由于光引发剂和交联剂的作用，纤维膜变得结构紧密、力学性能优良且高度交联。MXene纳米片是通过原位HF刻蚀法制备得到的，并通过真空过滤技术与EVA纤维膜有效结合。三明治结构的设计确保了载荷的均匀分布和界面的强结合，从而显著提升了复合膜的整体性能。
图2：EVA/MXene/EVA复合膜的微观形貌
对比图2(a, a1)与(b, b1)可见，EVA纤维膜排列整齐，纤维直径均匀；而EVA/MXene/EVA复合膜中纤维出现弯曲，且纤维间接触更加紧密。此现象归因于热压过程中大分子链段的解缠、重新缠结及冷却结晶，形成更交联的网络。图2(c, c1)显示MXene纳米片在中间层连续均匀分布，构成致密的导电通路。图2(d)为复合膜的横截面，上下层为EVA纤维膜，中间层为连续堆叠的MXene纳米片。图2(e, f)表明Ti元素在中间层均匀分布，证实了“三明治结构”复合膜的成功制备。
图4：EVA/MXene/EVA-40复合膜的形状记忆性能和可编程屏蔽效能
如图4（a-c）所示，EVA/MXene/EVA-40复合膜具备形状记忆特性，能够根据不同的应变需求被赋予临时形状，进而实现屏蔽效能的可编程性，以满足多样化的应用场景需求。如图4（d）所示，在0-30%的应变区间内，其屏蔽效能随着应变的增加而逐渐降低：当应变处于0-25%时，屏蔽效能由40.5 dB下降至22.7 dB；而当应变进一步增加至25-30%时，屏蔽效能则急剧下降至14.1 dB。值得注意的是，当复合膜恢复至原始形状后，其屏蔽效能能够回升至39.6 dB，几乎达到初始值。如图4（g）所示，这一过程中，拉伸应变的增加会导致导电通路中出现临时的缺陷，而形状的恢复则促使这些缺陷部位重新连接，从而恢复为完整的导电路径。此设计不仅实现了对屏蔽效能的可逆控制，而且赋予了复合膜可编程性，使其能够作为电磁屏蔽的开关，具有潜在的实用价值。
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人物简介：
李文兵，江南大学纺织科学与工程学院副研究员，硕士生导师。入选江苏省“双创博士”人才计划，SAMPE北京分会第四届理事会理事，SAMPE中国大陆总会智能复合材料专业委员会委员，新加坡维泽专家库（VE）材料科学专家委员会委员。2019年毕业于哈尔滨工业大学航天学院，获工学博士学位，师从冷劲松院士。2017-2018年，在美国科罗拉多大学博尔德校区（University of Colorado at Boulder）做联合培养博士研究生，师从Yifu Ding教授。主要从事形状记忆功能高分子材料的设计、合成、改性及其在航空航天、生物医学以及纺织品等领域的应用研究。近年来，主持多项国家级、省部级和企业委托科技项目，包括国家国防科技工业局国防基础科研计划项目、江苏省“双创博士”资金资助项目、国家重点研发计划重点专项子课题等。以第一作者或唯一通讯作者在Small, Chemical Engineering Journal, Journal of Materials Chemistry A, ACS Applied Materials & Interfaces, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, European Polymer Journal, Acta Biomaterialia, Composites Communications, Composites Part B: Engineering,《中国科学:技术科学》等国际国内知名期刊上发表学术论文二十余篇，于2016年获得美国机械工程师协会（ASME）最佳论文奖，获多项中国发明专利。
来源：静静爱科学