越來越多的電子電氣設備正逐漸走進人們日常的生產生活，隨之產生的電磁干擾不僅會干擾電子器件本身的正常工作狀態，還會成為威脅生命體健康的“隱形殺手”。為了有效屏蔽電磁干擾，并滿足下一代便攜智能設備的發展需求，小尺寸、輕質、柔韌、疏水、高效的電磁干擾屏蔽材料成為學者們關注的重點之一。目前，為了補充或替代傳統的高密度脆性金屬屏蔽材料，構建基于碳納米管、石墨烯、過渡金屬碳化物和金屬納米纖維等功能性導電納米材料的納米組裝體或復合材料是較為有效的方法。同時，在這些電磁干擾屏蔽材料中集成網狀結構，通過增強入射電磁波的多次反射（multiple reflection），可以進一步提高屏蔽效能。盡管已有一些研究工作獲得的網狀電磁干擾屏蔽材料性能較好，但是其厚度在毫米級以上、力學性能差和柔韌性有限，阻礙了這些電磁干擾屏蔽材料的實際應用。設計更薄、更輕、機械性能好、屏蔽性能高的電磁干擾屏蔽材料仍然具有挑戰。
近日，瑞士聯邦材料科學與技術研究所Wang Jing和Nystr?m Gustav（共同通訊作者）團隊發表了最新研究成果“Flexible and Ultrathin Waterproof Cellular Membranes Based on High-Conjunction Metal-Wrapped Polymer Nanofibers for Electromagnetic Interference Shielding”。作者利用靜電紡絲-熱壓-多巴胺輔助金屬沉積的策略，設計了一種由金屬包裹聚合物纖維高度連接形成的網狀電磁屏蔽膜材料。該膜材料不僅實現了超高的電磁屏蔽性能，還具有超薄、柔性、抗菌、防水、低壓均勻散熱等特性。通過多巴胺輔助金屬沉積法將銅或者銀均勻地生長在熱壓后的纖維上，可以形成金屬包裹的核殼結構；這些高度連接的金屬納米纖維不僅可以在低密度下有較高的導電能力，而且具有很好的機械柔性和高效疏水性；此外，聚合物納米纖維不僅具有良好的彎曲性、扭曲性和可卷曲性，而且在金屬層和聚合物之間引入了豐富的有效界面，導致了高的界面極化。結合理論計算證實，該網狀膜材料具有增強的電磁屏蔽能力，在超寬帶頻率范圍（≈200 GHz）內，厚度為2.5 um，密度為1.6g cm-3的膜材料電磁干擾屏蔽效能達53 dB以上，即使在厚度為1.2um時，其屏蔽效能亦遠超行業認可的20 dB。該材料的厚度-屏蔽效能比（屏蔽效能除以厚度）及SSE(屏蔽效能除以厚度和密度)分別為37 258 dB mm?1和232 860 dB cm2 g?1，遠優異與其他屏蔽材料，并且可以通過調節金屬和聚合物的組成來進一步控制其屏蔽能力。此外，薄膜的抗菌、防水功能、良好的透氣性和均勻的加熱性能，使其作為一種多功能、超高性能的電磁屏蔽材料具有廣闊的應用前景。
圖1：(a) 網狀膜中銅包裹納米纖維的SEM和AFM圖；(b) 膜的截面SEM圖；(c) 高度連接的銅包裹聚合物納米纖維的示意圖結構；(d) 4×7 cm2 的屏蔽膜材料的光學照片；(e) 即使在薄膜高度褶皺的情況下，LED也會持續發光；(f) 在低驅動電壓(1V)下膜的均勻電熱行為(溫度范圍為22.5-31.0°C)；(g和h) 無(g)和有(h) Cu層的膜的接觸角；(i和j）純聚合物納米纖維膜(i)和銅包裹聚合物納米纖維膜(j)對大腸桿菌的典型抗菌性能（綠點對應于活菌，紅點對應于死菌）。
圖2：銅包裹聚合物納米纖維網狀膜 (Cu NMs) 的電磁干擾屏蔽性能。(a-c) 多巴胺輔助金屬沉積不同時間時，Cu NMs 的X波段的電磁干擾屏蔽效能(a)，電導率和密度(b) 以及屏蔽機制組成 (c)；(d) 不同厚度的Cu NMs在10 GHz下的電磁干擾屏蔽性能；(e) 屏蔽機理示意圖（說明：與原文不同）；(f) 不同厚度Cu NMs在整個X波段的屏蔽性能的理論計算與實驗測量值比較；(e) Cu NMs在1000周彎曲后，在超寬帶頻率范圍和X波段電磁屏蔽效能對比； (e) 銀包裹聚合物納米纖維網狀膜（Ag-NMs） 在5.0和2.5μm厚度下的電磁波輻射屏蔽性能（SET、SEA和SER）；(e) 銅包PVDF聚合物納米纖維網狀膜（Cu-PVDF-NMs）在不同厚度下的電磁屏蔽效能。。
圖3：Cu NMs與其它屏蔽材料的屏蔽性能對比：(a) 不同密度材料的SE/d值（屏蔽效能除以厚度）, (b) 不同厚度材料的SSE值(屏蔽效能除以厚度和密度)。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201908496
人物簡介：
Jing Wang教授，蘇黎世聯邦理工大學環境工程學院特聘教授，瑞士蘇黎世聯邦材料科學與技術研究所的團隊負責人。2000年畢業于清華大學機械工程專業，獲學士學位，2005年獲得明尼蘇達大學航空航天工程專業博士學位。Jing Wang教授的研究重點是空氣凈化、減少納米顆粒的傳輸和排放、測量空氣中納米顆粒的儀器、空氣和水的過濾以及多相流動力學等，他的研究有助于更好地理解納米材料對環境和保護的重要性。Jing Wang教授擔任了2014年世界氣溶膠大會和2018年AisanNANO會議的主講嘉賓。目前擔任期刊Aerosol Science and Technology的編輯。
