过量电磁辐射对精密电子设备和公共卫生的影响越来越受到关注。为了缓解日益严重的电磁污染，迫切需要轻质、柔性和高效的电磁干扰（EMI）屏蔽材料。然而在实际应用中，制备具有优异电磁屏蔽性能的廉价、坚固的超薄膜仍然是一个挑战。
近日，苏州大学杨朝晖教授、张晓华教授、杭志宏教授联合山东大学李逸坦教授团队在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上，发表了最新研究成果“Hierarchically Structured Cellulose Acetate@Silk Protein Membrane with Enhanced Mechanical and Electromagnetic Interference Shielding Performances”。 研究者通过静电纺丝、结合热压印和无电沉积技术，制备了自支撑、轻质、柔性的醋酸纤维素@丝素蛋白@银(CA@SF@Ag) 同轴复合纤维膜。利用溶剂诱导相分离构建分层核壳结构，显著增加了纤维膜的表面积，有利于其机械性能以及银纳米粒子的化学沉积。厚度仅为100µm的具有夹层式分级结构的CA@SF@Ag复合膜总电磁屏蔽效率达到了100 dB，超过了无分级结构复合膜的82 %左右。此外，经乙醇后处理后，50 µm厚度的复合膜抗拉强度可提高至10 MPa，为未来电纺纤维膜在超薄电磁屏蔽薄膜领域的应用提供了新思路。
图1： CA@SF以及CA@SF@Ag复合纤维膜的制备流程示意图(a)，具有分级结构的CA@SF (b)以及CA@SF@Ag(c)。
通过静电纺丝技术和溶剂诱导相分离制备CA@SF膜。SEM图像显示在CA@SF纤维膜的表面存在明显的多孔分级结构(图1b)。在无电沉积银后，纤维表面被致密且粗糙的银纳米粒子所覆盖(图1c)，这种交错和互连的高导电网络结构的电导率高达约4000 Sm-1，意味着它们具有优异的EMI屏蔽应用的潜力。
图2：CA@SF@Ag复合膜的结构表征及EMI屏蔽性能。
如图2c所示，CA@SF@Ag复合膜的电导率与制备条件紧密相关。具有分级结构的CA@SF@Ag复合膜显示出最高的EMI SE值约为81 dB (图2g)，要比无分级结构的同类型膜高出20 dB以上(图2d)，其透射率仅为2.96×10-8，即可以阻挡超过99.999999％的入射辐射。
图3：具有三明治结构的CA@SF@Ag复合膜的EMI屏蔽性能以及与其他EMI屏蔽材料的比较。
通过热压印还可以制备具有“三明治”结构的CA@SF@银//CA@SF // CA@SF@银复合薄膜。热压后复合膜的厚度为110µm，其X波段的平均EMI屏蔽性能约为94±3 dB（在11 GHz下，最大SET可达120 dB）。
图4：利用乙醇或甲醇后处理增强复合超薄膜的机械性能。
最后，利用乙醇或甲醇后处理还可以改变外层蛋白的分子构象，从而有效增强复合超薄膜的机械性能。如图4所示，经过醇类处理后，100微米厚的超薄膜强度可以达到10 MPa以上。因此，超薄轻质柔性电纺CA@SF@Ag复合膜具有卓越的EMI屏蔽性能，在柔性电磁屏蔽材料、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://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c13560
人物简介：
杨朝晖，苏州大学物理科学与技术学院教授，副院长，曾入选江苏省特聘教授，江苏省创新团队(核心成员)。主要从事高分子科学与化学，物理，材料科学的相关交叉领域研究，以第一作者或通讯联系作者身份在国际著名刊物如Science, Advanced Materials, Chemical Engineering Journal, ACS Applied Materials and Interfaces等发表学术论文80余篇，担任JACS, Adv.Mater., Chem. Eng. J.等十余期刊的审稿人。
李逸坦，山东大学研究员，从事流体界面行为与功能材料制备。入选山东大学齐鲁青年学者，山东省泰山学者青年专家，山东省优秀青年科学基金项目（海外）。以第一作者或通讯作者发表包括PNAS、Angew. Chem. Int. Ed.、Natl. Sci. Rev.在内的论文20余篇。担任期刊eScience和Green Carbon的青年编委。
张晓华，苏州大学物理科学与技术学院教授。研究方向主要集中在碳纳米管对高分子链物理行为的影响、聚合物/碳纳米管复合物的制备和应用、碳纳米管的表面改性以及纳米通道内物质的传输行为。发表学术论文70余篇，是国内外多家杂志社审稿人。
杭志宏，男，教授，博导，苏州大学物理科学与技术学院副院长，苏州大学高等研究院常务副院长。主要从事波动功能材料方面的研究，人工微结构设计，以及对电磁波、声波的调控。主持科技部重大研发专项、国家自然科学基金，江苏省优秀青年基金等项目。曾获2017年度江苏省科技技术二等奖，2020年度江苏省光学学会光学青年科技奖等荣誉。成功将声学超材料在降噪隔振方面的设计加以产业化，相关设计应用于世界顶级音箱制造商KEF的最新产品中。在Nature Materials, Phys. Rev. Lett.等国内外顶级物理学发表论文90余篇，在多次国际会议担任邀请报告和分会主席。
