上海理工大学李翔教授团队/同济大学陆伟教授团队最新《AFM》！

MXene凭借类金属导电性、优异溶液加工性和轻质特性，在电磁干扰（EMI）屏蔽领域展现出巨大潜力。然而，原始MXene以反射主导屏蔽机制为主，吸收系数有限，且力学性能较差，难以满足复杂电磁环境与可穿戴设备对柔性、多功能和长期稳定性的要求。如何在提升EMI屏蔽性能的同时，兼顾力学强度、增强吸收贡献和多功能集成，成为该领域的关键挑战。

为此，上海理工大学材料与化学学院李翔教授团队与同济大学材料科学与工程学院陆伟教授团队合作，提出了一种“自静电互锁”策略，首次制备了鱿鱼骨衍生的β-甲壳素/Ti₃C₂Tₓ MXene/Ni纤维复合薄膜（SPMN）。该工作通过磁场诱导自组装，使Ni纳米颗粒组装成毫米级纺织状磁性纤维，形成高电导、强磁耦合网络；同时利用β-甲壳素在酸性介质中氨基质子化带正电的特性，与带负电的Ti₃C₂Tₓ MXene发生静电自组装，构建出类似“砖-泥”的有序结构。Ni纤维的引入增强了磁耦合和吸收系数，β-甲壳素则作为连接骨架显著改善薄膜的拉伸强度与柔性。

相关研究成果以“Self-Electrostatic Interlock of β-Chitin/MXenes/Ni Fiber-Based Films for Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding”为题，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表。第一作者为上海理工大学材料与化学学院硕士研究生王桐。

https://doi.org/10.1002/adfm.78409

图1 (a) SPMN-1薄膜制备示意图；(b) 样品的XRD图谱；(c) PSP的FT-IR光谱；(d) SPMN-1的宽扫描XPS全谱及相应的高分辨XPS谱：(e) Ti 2p，(f) C 1s 和 (g) Ni 2p。

图2 (a) 少层Ti3C2Tx的TEM图像；(b,c) Ni纤维的SEM图像；(d,e) SPMN-1的SEM图像和(f)截面SEM图像；(g,h) Ni纤维的全息图及由电子全息图重建的相应相位图。

图3 不同含量SPMN-1薄膜的力学性能。(a) 可承受200 g重量的SPMN-1薄膜数码照片；(b) 不同含量所制备薄膜的拉伸应力-应变曲线（详见表S2）；所制备薄膜的断裂应变(c)、拉伸强度(d)、杨氏模量(e)和韧性(f)；(g) 拉伸断裂过程示意图；(h) SPMN-1薄膜在弯曲/展平测试中的电阻变化。统计数据见表S2，误差代表三个试样（n = 3）的标准偏差。

图4 (a) SPMN-1薄膜点亮“TJ”LED灯的数字图像；(b) 电导率；(c) SET和(d) 相同β-甲壳素质量下所制备薄膜的平均T、A和R；(e) SET和(f) 相同总质量、不同β-甲壳素含量下所制备薄膜的平均T、A和R（详见表S1）；(g) 使用不同屏蔽材料的无线电力传输装置的数字图像；(h) 比EMI屏蔽性能随厚度变化的比较（详见表S3）。

图5 SPMN-1薄膜的焦耳热与光响应加热性能：(a) SPMN-1薄膜的I-V曲线；(b,c) SPMN-1薄膜在不同电压下的焦耳热转换性能及相应数字图像；(d) SPMN-1薄膜在不同加热/冷却循环中的焦耳热稳定性；(e) SPMN-1薄膜在不同功率密度下的光热转换性能；(f) SPMN-1薄膜在逐渐变化功率密度下的受控表面温度；(g) SPMN-1薄膜在20次光照开/关循环中的光响应加热稳定性；(h) SPMN-1薄膜在1小时内的长期光响应加热稳定性。

图6 SPMN-1薄膜的摩擦电性能。(a) TENG在接触/分离模式下的示意图；(b) TENG在接触分离状态下的数字图像；(c–e) 不同分离距离和频率下TENG的输出摩擦电流信号；(f–h) 不同分离距离和频率下TENG的输出摩擦电压信号；(i) 半智能暖手套的构想。

全文总结

（1）研究提出“自静电互锁”策略，将磁场诱导自组装的Ni纤维、带负电的Ti₃C₂Tₓ MXene与带正电的β-甲壳素结合，构建了多功能SPMN复合薄膜。

（2）Ni纳米颗粒组装成毫米级纺织状磁性纤维，形成高电导与强磁耦合网络；β-甲壳素与MXene静电组装，形成有序“砖-泥”结构，显著提升力学性能与柔性。

（3）SPMN-1薄膜拉伸强度达18.90 ± 2.08 MPa，断裂应变达8.45 ± 0.08%，电导率达4166 S·m⁻¹；SPMN系列薄膜在X波段EMI屏蔽效能最高达75.1 dB，厚度仅50 μm，屏蔽超过99.999997%的入射电磁波，并提升吸收型屏蔽效能。

（4）薄膜集成焦耳热、光响应热和摩擦电功能，可构建“半智能暖手套”，为MXene基多功能可穿戴电磁屏蔽材料提供了新策略。

本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢论文团队支持。

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