图1. MXene基电磁屏蔽材料的宏观结构及分类

1. 回顾了基于MXene 的电磁屏蔽材料发展和EMI 屏蔽机制。

2. 重点介绍并讨论了基于MXene 的EMI 屏蔽材料的各种结构设计策略。

3. 概述了 MXene 在电磁屏蔽方面当前的挑战和未来方向。

内容简介

在这项工作中，山大电磁功能材料团队综述了基于MXene的EMI屏蔽材料不同结构的研究进展及相关成果，包括多孔结构，如泡沫、气凝胶和水凝胶；层压和复合结构、逐层结构和织物结构薄膜和具有分离结构的复合材料。同时，基于MXene基EMI屏蔽材料的固有性能，总结了多种结构设计策略，强调了相关的结构-性能关系。最后，讨论了基于MXene的EMI屏蔽材料发展所面临的挑战和未来发展前景及发展方向，为开发不同结构的MXene基EMI屏蔽材料提供参考。

图文导读

I MXene基多孔材料

Yang等人使用冰模板冷冻盐析法制备了MXene/聚乙烯醇(PVA)仿生水凝胶(图2)。除了高导率、机械强度和超快性外，多孔结构还表现出蜂窝结构。当MXene含量仅为0.86 vol%时，薄的MXene/PVA水凝胶的EMI SE在x波段达到57 dB。其优异的EMI屏蔽性能可以归因于MXene、PVA、水和仿生多孔结构之间的协同作用。MXene纳米片提供了充足的移动载流子，增加了水凝胶的电导率，导致入射电磁的显著反射损失。另一方面，多孔结构扩展了电磁波的传播路径，确保了它们与细胞壁之间广泛的相互作用，实现了有效的电磁波消耗。最后，水分子在电磁波下的极化弛豫和氢键网络的变化消耗了电磁波能量。此外，在电磁波的作用下，PVA与MXene纳米片表面官能团的界面上形成了一个强偶极子，增强了水凝胶的EMWs损耗能力。

图2 a显示MXene/PVA 水凝胶生成的图形描述；b X频段EMI SE和 c SER、SEA和SET；d 不同MXene含量的水凝胶的功率参数；e EMI SE 和f SER、SEA和SET，适用于不同固体含量的0.86 vol% MXene/PVA水凝胶；g样品厚度在0.86 vol% MXene/PVA水凝胶的EMI SE中的作用。

II MXene薄膜

Li等人利用氧化石墨烯(GO)、CNF、MXene制备了大面积、高强度、超柔性的C-CMG杂化薄膜，以促进MXene薄片与纤维素的物理和化学交联(图3)。MXene基薄膜的疏水性、耐水/溶剂性和氧化稳定性显著增强。获得了良好的电导率和EMI屏蔽性能。在超宽带频率范围内，x波段SSE/t为18837.5 dB cm2 g⁻1，EMI SE超过60 dB，这相当于迄今为止报道的最佳性能。此外，还证明了复合膜的光热、抗菌和电热除冰能力。因此，这种使用简单且可扩展的制造方法制备的高性能MXene基薄膜在柔性电子学，热疗，电磁兼容性和航空航天工业中提供了重要的应用可能性。

图3. a示意性地显示了C-CMG薄膜的生产过程；b C-CMG薄膜的横截面SEM图；c 显示超灵活性的C-CMG薄膜图；d 具有不同MXene含量的C-CMG薄膜的电导率；C-CMG薄膜的EMI屏蔽性能：e 纤维素、CM、CMG、C-CMG 和纤维素@GO 薄膜；f 含有MXene的C-CMG薄膜X波段的EMI SE；g 10 GHz 下的 EMI 屏蔽性能(SET、SEA和SER)以及具有不同MXene含量的C-CMG薄膜的SSE；h 30 μm厚的C-CMG薄膜的EMI SE值；i 在各种溶剂中浸泡7天后薄膜的X波段EMI SE。

III  具有分离结构的 MXene 基材料

Zhang等人通过将带正电荷的MXene纳米片静电组装在带正电荷的聚苯乙烯微球上，然后进行压缩成型(图4)，制备了一种高导电性的MXene@聚苯乙烯(PS)纳米复合材料。由于MXene的高导电率和连续高效的导电网络形成PS矩阵，获得的纳米材料不仅表现出达0.26 vol%的低渗流阈值和高至1081 S m⁻1的电导率，同时在x波段EMI SE>54 dB。在1.90 vol%的低MXene载荷下，2mm厚的纳米复合材料的EMI屏蔽性能为62 dB。通过调整PS直径，可以控制MXene@PS纳米复合材料的电导率；在相同的负载下，MXene纳米片有利于在大微球表面组装，形成更连续的网络，也有利于负载传递，提高电导率和弹性模量。最终，在六方PS衬底界面上形成连续的三维导电网络，促进电磁场的耗散。

图4.a 示意性地描述了 Ti₃C₂Tₓ@P纳米复合材料的生成；b、c环境温度下制备的Ti₃C₂Tₓ@PS-570混合物横截面的SEM图；d、e含有1.90 vol% Ti₃C₂Tₓ的Ti₃C₂Tₓ@PS-570纳米复合材料的TEM图；深灰色线和白色箭头表示导电路径。=Ti₃C₂Tₓ@PS-570纳米复合材料的f 电导率、g EMI SE和h SET、SEA和SER。

作者简介

Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、在Springer Nature开放获取(open-access)出版的学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, perspective, highlight, etc)，包括微纳米材料与结构的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、电磁波吸收与屏蔽、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等数据库收录，2022JCR影响因子为 26.6，学科排名Q1区前5%，期刊分区1区TOP期刊。多次荣获“中国最具国际影响力学术期刊”、“中国高校杰出科技期刊”、“上海市精品科技期刊”等荣誉，2021年荣获“中国出版政府奖期刊奖提名奖”。欢迎关注和投稿。

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