下一代柔性电子器件的高功率密度和智能化给通过简单方法制备具有电磁干扰（EMI）屏蔽效能（SE）和优异韧性的柔性复合薄膜带来了许多挑战。

近期，受天然珍珠层层状结构和生物聚合物基质网络的启发，北京交通大学梁本亮副教授&北京工商大学章晓娟通过溶胶-凝胶、真空辅助过滤和热压制备了类似珍珠层的层状Ti3C2Tx（MXene）/芳纶纳米纤维（ANF）薄膜。相邻层状MXene之间的三维（3D）互连芳纶纳米纤维网络使得薄膜具有超长的应变破坏时间。即使功能填料MXene的含量高达60wt%和70wt%，薄膜的应变破坏率分别达到18.34%±1.86%和14.43%±1.26%。拉伸强度可保持在85MPa左右。令人兴奋的是，在如此高的填充率下，薄膜还能经受双重折叠和剧烈摩擦而不受损伤，从而更好地适应恶劣的应用环境。试验表明，该工作为制备其他具有优异机械性能的功能填料复合膜提供了一种便捷的方法。在8.2-12.4GHz的频率下，60wt%和70wt% MXene的EMI SE值分别可达45和52.15dB。同时，该薄膜具有突出的焦耳热特性、高灵敏度（<15s）、小电压操作（0.5V）和高操作恒定性（1300s）。因此，本工作中的珍珠层启发MXene/ANF复合薄膜可应用于通信技术、军事和航空航天等诸多领域。

图1.（a）MXene/ANF薄膜的制备过程示意图。（b）MXene纳米片的TEM图像。（c）ANF纳米纤维的TEM图像。（d）MXene/ANF薄膜的图像。（e）MXene/ANF薄膜的截面SEM图像。

图2.（a）MAX、MXene/ANF、MXene和ANF的XRD图谱。（b）MXene/ANF和ANF的FTIR光谱。（c）ANF和MXene/ANF的C=O拉伸振动。（d）MXene、ANF和MXene/ANF的XPS光谱。（e）ANF的高分辨率C1s XPS光谱。（f）MXene/ANF的高分辨率C1s XPS光谱。

图3.（a）具有不同MXene含量的MXene/ANF复合膜的拉伸应力-应变曲线。（b）MXene/ANF薄膜的拉伸强度和应变破坏。（c）拉伸断裂后MXene/ANF薄膜（60wt% MXene）的表面SEM图像。（d）微裂纹的放大视图。（e）裂纹尖端的SEM图像。（f）断裂截面的SEM图像。（g）MXene/ANF薄膜的典型断裂机理。（h）MXene/ANF薄膜（60wt% MXene）的复杂变形耐久性。

图4.（a）MXene/ANF薄膜的电导率。（b）不同MXene含量的MXene/ANF薄膜在X波段（8.2-12.4GHz）的EMI SE特性。（c）MXene/ANF薄膜的SER、SEA和SET。（d）反射系数和吸收系数的比较。（e）MXene/ANF薄膜的EMI SE机制。

图5.本工作中的薄膜与其他材料之间的比较：（a）SSE/t和厚度，以及（b）应变破坏、EMI SE和填料含量。

图6.（a）薄膜（60wt% MXene）在不同电压下的温度变化趋势。（b）薄膜（60wt% MXene）在不同电压下的可重复加热测试。（c）薄膜（60wt% MXene）在不同电压下的红外热图像。（d）薄膜（60wt% MXene）在由三个电池供电的4.5V恒定电压下的长期温度变化曲线。

该工作以“High MXene loading, nacre-inspired MXene/ANF electromagnetic interference shielding composite films with ultralong strain-to-failure and excellent Joule heating performance”为题发表在《Nano Research》（DOI:10.1007/s12274-023-6232-y）上。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s12274-023-6232-y