DOI: 10.1016/j.jcis.2021.07.085

集柔性、透气性和抗疲劳特性于一体的高性能电磁（EM）波吸收和屏蔽材料在便携式和可穿戴电子产品中具有巨大的应用潜力。这些材料通常通过在织物上沉积金属或合金涂层来制备。但重量大、易腐蚀等缺点严重制约了其实际应用。在这项工作中，研究者通过静电纺丝技术制备了纤维素纳米纤维（CF）织物。然后，通过简单的原位聚合工艺将导电聚苯胺（PANI）沉积在CF表面。交织的纤维素/聚苯胺纳米纤维（CPF）复合材料构成了导电网络，其导电性可通过聚合时间进行调节。得益于最佳的阻抗匹配、强大的传导损耗以及界面极化，CPF具有出色的电磁吸收性能。最小反射损耗（RLmin）值为-49.24dB，有效吸收带宽（RL<-10dB,fe）达到6.90GHz。此外，CPF还显示出出色的电磁干扰（EMI）屏蔽能力，在整个X频段的屏蔽效率（SE）为34.93dB。最重要的是，轻质CPF织物具有机械柔性、透气性和耐洗性等优点，非常适用于可穿戴设备。

图1.（a）CF和CPF的制备示意图。纤维素纳米纤维表面包裹着一些绿色小球，代表PANI。（b）聚合前后所制备CF织物的照片。（c，g）CF；（d，h）CPF-1h；（e，i）CPF-2h；（f，j）CPF-3h的SEM图像。（k）CPF-1h的EDS光谱。（i）CPF-1h（C、O和N）的元素映射。

图2.（a-c）CPF-1h、CPF-2h和CPF-3h的TG曲线。（d）CF和CPFs的FT-IR光谱。（e）CF和CPFs的紫外-可见光谱。（f）CPFs的奈奎斯特图。

图3.（a）CPFs的总EMI SE。（b）CPFs的SER。（c）CPFs的SEA。（d）CPFs的功率系数R、A、T。（e）A与PIN的比值。（f）CPFs与先前报道的EMI屏蔽材料的比较。（g）电路连接的数字图像。（h-i）用于显示CPF薄膜屏蔽能力的无线电力传输电路的照片。插入CPF时，霓虹灯关闭。

图4.（a，b）CPF-3h的机械性能。（c）CF和CPF-3h的应力-应变曲线。（d）1000次弯曲和扭转循环试验前后的EMI SE。

图5.（a，b）CPF-3h的透气性。两个玻璃瓶分别装有氢氧化氨和盐酸。将CPF-3h盖在盐酸瓶口上。（c）CF和CPF-3h的水接触角。（d）超声清洗前后CPF-3h的EMI SE。CPF-3h样品在（e）超声清洗之前和（f）之后的SEM图像。（g）可穿戴CPF-3h在各种人体运动中的应用。

图6.（a）CPF-1h；（b）CPF-2h；（c）CPF-3h的delta值图。（d）CPF-1h；（e）CPF-2h；（f）CPF-3h的二维反射损耗等值线图。

图7.（a）CPFs的介电常数实部。（b）CPFs的介电常数虚部。（c）CPFs的介电损耗角正切。（d）CPF-1h；（e）CPF-2h；（f）CPF-3h的Cole-Cole曲线。

图8.CPF的EMI屏蔽和EM波吸收机制示意图。（a）CPF导电网络。（b）纤维网络中的电子跃迁。（c）CPF的界面极化和（d）屏蔽机制。