越来越多的电子电气设备正逐渐走进人们日常的生产生活，随之产生的电磁干扰不仅会干扰电子器件本身的正常工作状态，还会成为威胁生命体健康的“隐形杀手”。为了有效屏蔽电磁干扰，并满足下一代便携智能设备的发展需求，小尺寸、轻质、柔韧、疏水、高效的电磁干扰屏蔽材料成为学者们关注的重点之一。目前，为了补充或替代传统的高密度脆性金属屏蔽材料，构建基于碳纳米管、石墨烯、过渡金属碳化物和金属纳米纤维等功能性导电纳米材料的纳米组装体或复合材料是较为有效的方法。同时，在这些电磁干扰屏蔽材料中集成网状结构，通过增强入射电磁波的多次反射（multiple reflection），可以进一步提高屏蔽效能。尽管已有一些研究工作获得的网状电磁干扰屏蔽材料性能较好，但是其厚度在毫米级以上、力学性能差和柔韧性有限，阻碍了这些电磁干扰屏蔽材料的实际应用。设计更薄、更轻、机械性能好、屏蔽性能高的电磁干扰屏蔽材料仍然具有挑战。

近日，瑞士联邦材料科学与技术研究所Wang Jing和Nyström Gustav（共同通讯作者）团队发表了最新研究成果“Flexible and Ultrathin Waterproof Cellular Membranes Based on High-Conjunction Metal-Wrapped Polymer Nanofibers for Electromagnetic Interference Shielding”。作者利用静电纺丝-热压-多巴胺辅助金属沉积的策略，设计了一种由金属包裹聚合物纤维高度连接形成的网状电磁屏蔽膜材料。该膜材料不仅实现了超高的电磁屏蔽性能，还具有超薄、柔性、抗菌、防水、低压均匀散热等特性。通过多巴胺辅助金属沉积法将铜或者银均匀地生长在热压后的纤维上，可以形成金属包裹的核壳结构；这些高度连接的金属纳米纤维不仅可以在低密度下有较高的导电能力，而且具有很好的机械柔性和高效疏水性；此外，聚合物纳米纤维不仅具有良好的弯曲性、扭曲性和可卷曲性，而且在金属层和聚合物之间引入了丰富的有效界面，导致了高的界面极化。结合理论计算证实，该网状膜材料具有增强的电磁屏蔽能力，在超宽带频率范围（≈200 GHz）内，厚度为2.5 um，密度为1.6g cm-3的膜材料电磁干扰屏蔽效能达53 dB以上，即使在厚度为1.2um时，其屏蔽效能亦远超行业认可的20 dB。该材料的厚度-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)分别为37 258 dB mm−1和232 860 dB cm2 g−1，远优异与其他屏蔽材料，并且可以通过调节金属和聚合物的组成来进一步控制其屏蔽能力。此外，薄膜的抗菌、防水功能、良好的透气性和均匀的加热性能，使其作为一种多功能、超高性能的电磁屏蔽材料具有广阔的应用前景。

图1：(a) 网状膜中铜包裹纳米纤维的SEM和AFM图；(b) 膜的截面SEM图；(c) 高度连接的铜包裹聚合物纳米纤维的示意图结构；(d) 4×7 cm2 的屏蔽膜材料的光学照片；(e) 即使在薄膜高度褶皱的情况下，LED也会持续发光；(f) 在低驱动电压(1V)下膜的均匀电热行为(温度范围为22.5-31.0°C)；(g和h) 无(g)和有(h) Cu层的膜的接触角；(i和j）纯聚合物纳米纤维膜(i)和铜包裹聚合物纳米纤维膜(j)对大肠杆菌的典型抗菌性能（绿点对应于活菌，红点对应于死菌）。

图2：铜包裹聚合物纳米纤维网状膜 (Cu NMs) 的电磁干扰屏蔽性能。(a-c) 多巴胺辅助金属沉积不同时间时，Cu NMs 的X波段的电磁干扰屏蔽效能(a)，电导率和密度(b) 以及屏蔽机制组成 (c)；(d) 不同厚度的Cu NMs在10 GHz下的电磁干扰屏蔽性能；(e) 屏蔽机理示意图（说明：与原文不同）；(f) 不同厚度Cu NMs在整个X波段的屏蔽性能的理论计算与实验测量值比较；(e) Cu NMs在1000周弯曲后，在超宽带频率范围和X波段电磁屏蔽效能对比； (e) 银包裹聚合物纳米纤维网状膜（Ag-NMs） 在5.0和2.5μm厚度下的电磁波辐射屏蔽性能（SET、SEA和SER）；(e) 铜包PVDF聚合物纳米纤维网状膜（Cu-PVDF-NMs）在不同厚度下的电磁屏蔽效能。。

图3：Cu NMs与其它屏蔽材料的屏蔽性能对比：(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)。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201908496

人物简介：

Jing Wang教授，苏黎世联邦理工大学环境工程学院特聘教授，瑞士苏黎世联邦材料科学与技术研究所的团队负责人。2000年毕业于清华大学机械工程专业，获学士学位，2005年获得明尼苏达大学航空航天工程专业博士学位。Jing Wang教授的研究重点是空气净化、减少纳米颗粒的传输和排放、测量空气中纳米颗粒的仪器、空气和水的过滤以及多相流动力学等，他的研究有助于更好地理解纳米材料对环境和保护的重要性。Jing Wang教授担任了2014年世界气溶胶大会和2018年AisanNANO会议的主讲嘉宾。目前担任期刊Aerosol Science and Technology的编辑。