随着现代电子和大型集成电路的电信技术的迅速发展，各种频率不同能量的电磁辐射已经成为除噪声、水和空气污染之外的一种新污染源。对高灵敏度的电子设备以及周围环境造成很大的干扰。为了抵抗日益严重的辐射污染，高性能电磁干扰（EMI）屏蔽材料十分必要。然而，在实际应用中，制备具有高效、轻质和柔性的EMI屏蔽材料是一项巨大的挑战。

近日，吉林大学王策教授和卢晓峰教授（共同通讯作者）团队发表了最新研究成果“Lightweight and flexible electrospun polymer  nanofiber/metal nanoparticle hybrid membrane for high-performance electromagnetic interference shielding”。科研人员采用简便、有效的方法，通过静电纺丝和无电沉积工艺，制备出自支撑、轻质、柔性的交联聚丙烯腈(CPAN)纳米纤维(NF)/金属纳米粒子(MNP)杂化膜。与Cu和Ni装饰的CPAN NF膜相比，所得CPAN NF/Ag纳米颗粒(NP)杂化膜表现出更好的导电性。此外，轻质CPAN NF/Ag NP混合膜（53μm）具有优异的EMI屏蔽效能约为90 dB，优于纯金属和大多数合成EMI屏蔽材料。优异的EMI屏蔽效率归因于MNP的高导电性和混合NF膜中有利的多孔结构。此外，所得CPAN NF/MNP杂化膜显示出较好的机械强度和优异的柔韧性。聚合物NF/MNP杂化膜在智能便携式和可穿戴电子设备中具有潜在的应用前景。

图1：CPAN NF/MNP混合纳米纤维膜的制造和形态。

      通过静电纺丝技术和后处理制备CPAN NF膜。SEM图像显示在PAN膜的产品中观察到平滑和交错的3D网络PAN NF，平均直径为235±4nm（图1b）。在交联反应之后，所得的黄色CPAN纤维变得更加缠绕，并且它们的平均直径略微增加至293±3nm，而它们的表面仍然是光滑的（图1c）。SEM图像显示，MNP在各个纤维上有规律且紧密地分布，提供交错和互连的高导电3D网络高速公路，用于电子传输，这意味着它们具有EMI屏蔽应用的潜力。

图2：CPAN NF / MNP杂化膜的表征和表面组成。

　　  CPAN NF/Ag NP，CPAN NF/Cu NP和CPAN NF/Ni NP杂化膜的XRD光谱揭示了杂化物中Ag，Cu和Ni NPs的典型面心立方结构的形成（图2a)。 图2b显示了相似金属层厚度和膜厚度的CPAN NF/Ag NP，CPAN NF/Cu NP和CPAN NF/Ni NP杂化膜的表面电导率。CPAN NF/Ag NP杂化膜在所有制备的NF膜中表现出最高的电导率，达到5.6×104 S cm-1。 CPAN NF/Ag NP杂化膜的优异导电性应归因于Ag的固有高电导率和CPAN NF表面上连续Ag组分的形成。相比之下，CPAN NF/Cu NP和CPAN NF/Ni NP杂化膜的电导率相对较低，分别为6.4×103和1.3×103 S cm^-1。与CPAN NF/Ag NP杂化膜相比，CPAN NF/Cu NP和CPAN NF/Ni NP杂化膜的电导率降低可能是由于在Cu和Ni表面形成电绝缘金属氧化物层。

图3：CPAN NF/MNP混合膜的EMI屏蔽性能。

　　  作者研究了CPAN NF/Ag NP，CPAN NF/Cu NP和CPAN NF/Ni NP杂化膜在相似膜厚度~35μm的X波段频率范围（8-12.4 GHz），Ku波段频率范围（12-18 GHz）和K波段频率范围（18-26.5 GHz的EMI屏蔽能力。如图3a所示，EMI SE随频率的增加而增加。此外，EMI SE与电导率强烈相关。因此，具有最佳导电性的CPAN NF/Ag NP杂化膜显示出最高的EMI SE值约为83.7 dB。根据之前的报道，制备的CPAN NF/Ag NP杂化膜的EMI SE值为83.7 dB，厚度为~35μm，可以阻挡超过99.999999％的入射辐射，这意味着只有0.000001％的入射辐射透射率occurs3。与CPAN NF/Ag NP杂化膜相比，CPAN NF/Cu NP和CPAN NF/Ni NP杂化膜具有相对低的电导率，因此显示出降低的EMI SE值。

图4：不同CPAN NF / Ag NP混合膜的EMI屏蔽性能以及与其他EMI屏蔽材料的比较。

          然后，研究者考察了导电金属的密度对CPAN NF表面的影响，证明了具有不同无电沉积时间的CPAN NF/MNP杂化膜的实验EMI SE结果（图4a）。EMI SE随着无电沉积时间从30到90分钟的增加而增加，这与它们的电导率的趋势一致。

图5：制备的CPAN NF/Ag NP杂化膜的机械和柔性特性。

　　此外，制备的CPAN NF/MNP杂化膜在变形下表现出良好的机械性能和优异的稳定性，展现出其优异的柔韧性。优异的机械和柔韧性能使聚合物NF/MNP膜的潜在应用成为下一代柔性电子产品的高性能EMI屏蔽材料。因此，轻质和柔性电纺聚合物NF/MNP混合膜具有卓越的EMI屏蔽性能，在航空航天，国防，智能和可穿戴电子产品等众多领域具有潜在的应用前景。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41427-018-0070-1