5G 和物联网技术的发展导致电子设备密集部署，产生的电磁干扰（EMI）不仅影响精密电子系统稳定性，还威胁人体健康。传统金属屏蔽材料存在高密度、易腐蚀、加工性差等缺陷，且强反射易引发二次辐射。近期，山东大学王桂龙教授开发了一种兼具高屏蔽效能、低反射率、多功能性的轻质柔性 EMI 屏蔽材料，通过“成分-结构多梯度” 设计解决传统材料的固有矛盾。相关研究成果以“Tailored Electro-Magnetic-Porous Multigradient Nanoarchitectonics for Absorption-Dominated Electromagnetic Interference Shielding and Adaptive Multifunctionality”为题目，发表在期刊《Advanced Science》上。

该研究通过剪切诱导原位纤维化结合层层组装技术，制备了一种具有电导率 - 磁导率 - 孔径梯度结构的多功能电磁干扰（EMI）屏蔽膜。在强剪切作用下，碳纳米管（CNT）纳米纤维与聚四氟乙烯（PTFE）纳米纤维相互缠绕，形成互穿的双纳米纤维网络，该网络不仅能稳固锚定 Fe3O4纳米颗粒，还构建了连续的导电和导热通路。此外，这种独特的双纳米纤维结构与其组分的固有特性相结合，赋予了 PTFE/CNT/Fe3O4梯度（FCFe-G）膜优异的机械性能、超疏水性、阻燃性和耐腐蚀性。

更重要的是，借助多梯度诱导的 “阻抗匹配 - 多级极化 - 再吸收” 协同机制，该 FCFe-G 膜（厚度 101.1μm）实现了以吸收为主的电磁干扰屏蔽，其电磁干扰屏蔽效能（SE）高达 53.79 dB，且反射率极低（0.38）。此外，各向异性热管理和碳纳米管驱动的负温度系数行为有助于快速散热和早期火灾预警。该膜的双模式电/光热响应还使其能够应用于航空航天除冰、医疗热疗和抗菌等领域。这项工作引入了 “成分 - 结构多梯度” 设计范式，为航空航天、柔性电子和智能可穿戴设备中的智能电磁干扰屏蔽提供了一种极具前景的策略。

图 1. FCFe-G 多梯度纳米纤维膜的制备过程。

图 2. FCFe 膜和 FCFe-G 膜的微观结构形态及结构表征。

图 3. FCFe-G 膜的表征及宏观性能。

图 4. FCFe 膜和 FCFe-G 膜的电磁干扰屏蔽性能。

图 5. FCFe 膜和 FCFe-G 膜的理论及模拟电磁干扰屏蔽性能。

图 6. 各向异性热导率和火灾传感能力。

图 7. FCFe-G 膜的电/光热转换性能。

结论

综上所述，通过剪切诱导原位纤维化结合层层组装策略，成功制备出具有多梯度结构的轻质柔性 FCFe-G 多功能复合膜，该膜展现出优异的电磁干扰屏蔽性能。层内相互连接的双纳米纤维网络与层间纳米纤维钉扎效应的协同作用，使 FCFe-G 膜具备 27.14 MPa 的显著拉伸强度，同时集成了超疏水性、热稳定性和耐化学腐蚀性。

通过同步优化层级多孔框架和电磁填料分布，这种电–磁–多孔三重梯度结构最大限度地减少了阻抗失配。因此，厚度仅为 101.1 μm 的 FCFe-G 膜凭借 “吸收–反射–再吸收” 的电磁干扰屏蔽机制，实现了 53.79 dB 的电磁干扰屏蔽效能（SE），且反射系数仅为 0.38。值得注意的是，其归一化比屏蔽效能（SSE）高达 9539.52 dB・cm²・g⁻¹，超过了许多传统的反射主导型屏蔽材料。

此外，由于其各向异性结构设计，FCFe-G 膜在热导率方面表现出明显的方向性差异，其面内热导率达到 11.46 W・m-¹・K-¹，而贯穿面热导率仅为 0.45 W・m-¹・K-¹，各向异性比为 25.47。同时，该膜还集成了优异的阻燃性和温度响应特性，在早期火灾预警应用中具有广阔前景。通过构建连续的碳纳米管导电网络，FCFe-G 膜在 4 V 的低驱动电压下可达到 156.9 °C 的稳态加热温度，在 400 mW・cm-² 的光功率密度下可达到 159.7 °C，在医疗热疗、除冰和抗菌等领域具有应用价值。

本研究通过多梯度结构工程，克服了传统屏蔽膜 “高反射–低吸收” 的长期技术瓶颈，为下一代 “结构–功能一体化” 电磁干扰屏蔽材料奠定了理论基础。凭借其机械稳健性、环境适应性和智能热响应性的多维集成，FCFe-G 膜在航天器电磁兼容性、柔性电子封装和智能可穿戴设备等领域具有巨大潜力，推动电磁干扰屏蔽材料向可持续性、智能化和多功能化方向发展。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202511234