DOI: 10.1007/s12274-022-4358-7

柔性多功能聚合物基电磁干扰（EMI）屏蔽复合薄膜在5G通信技术、可穿戴电子设备和人工智能领域具有重要的应用价值。本工作采用原位聚合和静电纺丝技术制备了Fe3O4/聚酰胺酸（PAA）纳米纤维薄膜，并通过真空辅助过滤将Ti3C2Tx纳米片沉积在Fe3O4/PAA纳米纤维薄膜表面上。然后，通过热酰亚胺化获得Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/聚酰亚胺（PI））复合薄膜。Janus薄膜的两侧表现出完全不同的特性。Fe3O4/PI侧具有优异的疏水性和绝缘性，Ti3C2Tx侧具有亲水性和极好的导电性。当Ti3C2Tx的质量分数为80wt%时，Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合薄膜具有优异的EMI屏蔽性能和力学性能，其EMI屏蔽效能、拉伸强度和杨氏模量分别为66dB、114.5MPa和5.8GPa。同时，当电磁波从Janus薄膜的两侧入射时，其表现出不同的吸收屏蔽效能（SEA）。当电磁波从Fe3O4/PI侧入射时，Janus薄膜的SEA为58dB，远高于电磁波从Ti3C2Tx侧入射时的SEA（39dB）。此外，Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合薄膜的Ti3C2Tx侧也具有优异的电热和光热转换性能。当外加电压为4V时，稳定的表面温度达到108℃，当受到功率密度为200mW/cm2的模拟太阳光照射时，稳定的表面温度达到95℃。

图1.Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合薄膜的制备工艺示意图（a）。Fe3O4/PI和Ti3C2Tx面的数码照片（b）。Fe3O4/PI侧（b'）和Ti3C2Tx侧（b”）的表面SEM图像。Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合薄膜的横截面SEM图像（c），以及Fe（c'）和Ti（c”）元素的EDS元素分布图。

图2.Fe3O4/PI和Ti3C2Tx面的σ值（a）。集成在LED灯电路中的Fe3O4/PI面（b）和Ti3C2Tx面（c）的数码照片。Fe3O4/PI侧（d）和Ti3C2Tx侧（e）的水接触角，以及表面水滴的数码照片。

图3.当电磁波分别从Ti3C2Tx侧（a）和Fe3O4/PI侧（b）入射时Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合膜的SET值。当电磁波从Ti3C2Tx侧和Fe3O4/PI侧入射时Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合膜的SET（c）、SEA（d）和SER（e）值的比较。Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合薄膜的EMI SE与厚度的关系（f）。当电磁波从Ti3C2Tx侧（g）和Fe3O4/PI侧（h）入射时Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合薄膜的EMI屏蔽机理示意图。

图4.Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合薄膜的电热转换性能（a）和U-I曲线（b）。Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合膜在不同电压下的表面温度变化（c）。Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合薄膜在4V重复（d）和恒定（e）电压下的长期稳定性和可靠性，（e）中的插图代表相应的红外热图像。

图5.Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合薄膜的紫外-可见-近红外吸收和反射光谱（a）。在50、100、150和200mW/cm2不同光密度下Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合薄膜表面温度的时间依赖性和相应的红外热图像（b）。Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合薄膜在200mW/cm2重复光密度下的热稳定性和重复性（c）。在梯度变化光密度下的表面温度（d）。Janus Ti3C2Tx-（Fe3O4/PI）复合膜在200mW/cm2的恒定光密度下随时间变化的表面温度以及相应的IR热图像（插图）（e）。