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  如今，隨著5G時代的到來和電子設備的快速發(fā)展，電磁干擾(EMI)和輻射污染嚴重影響著人類的健康。傳統(tǒng)的電磁屏蔽材料在拉伸和彎曲變形下的機械穩(wěn)定性較差，在大應變下電磁屏蔽性能急劇下降，因此有必要研制柔性可穿戴式電磁屏蔽材料。開發(fā)可拉伸電磁屏蔽的關(guān)鍵材料是具有應變不變性電導率的可拉伸導體。一種有效的方法是將導電填料與彈性基體結(jié)合，通過預拉伸、熱收縮和溶劑誘導等方法，形成屈曲的褶皺結(jié)構(gòu)。這種方法具有簡便和高可控性。近年來，可拉伸導體的研究大多集中在應變傳感器上，對可拉伸電磁屏蔽方面的研究并不多。此外，具有加熱效應的可穿戴材料在電療和人體節(jié)能加熱方面引起了極大的研究興趣。因此，有必要設計一種集電磁屏蔽和可調(diào)熱管理性能于一體的可拉伸、可穿戴材料。

  鄭州大學橡塑模具國家工程研究中心劉春太教授團隊在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上發(fā)表了題為“MXene-coated Wrinkled Fabrics for Stretchable and Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding and Electro/Photo-Thermal Conversion Applications”的文章（DOI：10.1021/acsami.1c19890）。通過簡單的預拉伸和噴涂方法制備了具有褶皺結(jié)構(gòu)的熱塑性聚氨酯(TPU) /MXene復合織物(TMFs)。其褶皺結(jié)構(gòu)存儲了一定的可拉伸表面區(qū)域，保護MXene導電網(wǎng)絡在拉伸過程中不受破壞。其中，極低的MXene負載量(0.5 mg cm^-2)的TMF在50%的應變范圍內(nèi)，在動態(tài)拉伸過程中以及反復拉伸后均中表現(xiàn)出良好穩(wěn)定的30 dB左右的電磁屏蔽性能。此外，由于其高導電性和局部表面等離子體共振(LSPR)效應，TMFs具有優(yōu)異的焦耳加熱(在5 V電壓下可達104℃)和光熱轉(zhuǎn)換性能，并且在拉伸狀態(tài)下仍具有良好的電/光熱轉(zhuǎn)換性能。因此，本工作在有效屏蔽電磁波的基礎上集成了可調(diào)節(jié)熱管理性能，為多功能可穿戴材料提供了新的策略。

圖1（a）Ti₃C₂T_x MXene納米片和（b）具有精細微褶皺結(jié)構(gòu)的TPU/MXene織物的制造過程示意圖。

圖2（a）Ti₃AlC₂、（b）多層Ti₃C₂T_x 和（c）Ti₃C₂T_x  MXene納米片的SEM圖，（d）分層Ti₃C₂T_x  MXene納米片的TEM和（e）AFM圖像（（e）中插圖是對應的SAED圖案）。（f）通過AFM圖像統(tǒng)計分層Ti₃C₂T_x  MXene的橫向尺寸。（g）Ti₃AlC₂和分層Ti₃C₂T_x  MXene的XRD圖譜。（g）Ti₃AlC₂和Ti₃C₂T_x  MXene的XPS圖譜。（i）Ti₃C₂T_x  MXene的XPS Ti 2p圖譜。

圖3（a-c）不同放大倍數(shù)下TPU納米纖維膜表面形態(tài)的SEM圖像，（d-f）具有褶皺結(jié)構(gòu)的TPU/MXene織物在動態(tài)拉伸過程中的表面形態(tài)變化，（g-i）動態(tài)拉伸過程中平面TPU/MXene織物表面形態(tài)的變化。

圖4（a）不同MXene含量TMF的EMI屏蔽性能。TMF-12（b）在不同施加應變下，以及（c）在50個應變周期后的電磁干擾屏蔽性能。（d）不同MXene含量的TMF和平面TMF的R-A系數(shù)。（e）TMF-12在不同施加應變下的R-A系數(shù)。（f）褶皺TMF的EMI屏蔽機理圖。

圖5（a）在4 V電壓下TMF的溫度曲線。（b）在1至5 V下TMF-9的溫度曲線和對應的（c）紅外相機圖像。（d）在不同電壓下的飽和溫度與U²的關(guān)系。（e）在4 V電壓下，TMF-9在各種施加應變下的溫度曲線。（f）TMF-9加熱器的溫度可調(diào)性。（g，h）戴在手套上的可穿戴TMF-9加熱器的數(shù)字和紅外相機圖像。

圖6（a）100 mW/cm²光照射下TMFs的溫度-時間曲線。右邊的插圖是對應的紅外圖像。（b）不同輻照功率密度下TMF-9的溫度曲線。（c）實驗數(shù)據(jù)和飽和溫度與輻照功率密度的線性擬合。（d）TMF-3在開-關(guān)光照循環(huán)下的溫度-時間曲線。100mW/cm²輻照功率密度下TMF-9在不同應變下的（e）溫度曲線和（f）紅外相機圖像。

  鄭州大學橡塑模具國家工程研究中心的碩士研究生董婧雯是該論文的第一作者，通訊作者為蘇鳳梅副教授、馮躍戰(zhàn)副教授和劉春太教授。該研究得到了國家自然科學基金(21704096,51703217,12072325)和河南省自然科學項目(20A430028)的資金支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c19890