由于智能和便携式电子设备的广泛应用，需要具有能量储存功能的超薄膜，同时提供电磁干扰（EMI）屏蔽和自加热功能，以在苛刻环境中可靠运行。考虑到EMI屏蔽材料和超级电容器电极在材料选择和结构设计上的相似性，构建集成高效导电网络和离子传输通道的结构，对于开发这种多功能材料至关重要。

近日，山西师范大学蔡卓讲师和山西大学王梅教授团队在期刊《Composites Science and Technology》上，发表了最新研究成果“Multifunctional gradient-engineered ultrathin flexible composite films for electromagnetic interference shielding, energy storage, and Joule heating”。研究者通过设计梯度结构实现了多层超薄CNF基（碳纳米纤维）薄膜的制备。所制备的薄膜具有较高的电磁干扰屏蔽效果（SE/t为8000 dB mm-1，厚度为5 μm），主要原因是协同顺序反射-吸收周期屏蔽机制和丰富的界面相互作用引起的极化损失增强。

其中CNT/CNF网络抑制了MXene的再堆积，而CNT可以在上下导电层之间形成桥接通道，促进电子在不同导电层之间的垂直传递。所得薄膜在对称超级电容器中表现出优异的储能性能，比电容达到92.1 F/g。该薄膜具有良好的力学性能，在低工作电压下（4V时可达92.7°C）具有良好的焦耳加热性能。

图1：CC-MCC复合膜的制造和形态。

通过真空辅助抽滤制备了CC-MCC膜。SEM图像显示在相邻层之间的接缝处没有明显的脱层或界面间隙，表明层间具有较强的粘附性。相邻层之间的强界面粘附性确保了薄膜的优异机械强度和柔韧性，这对于在变形过程中保持结构完整性至关重要。更重要的是，堆叠的多层结构不仅保证了整体导电网络的完整性，还促进了入射电磁波的多次反射–吸收循环和垂直电子传输，从而显著提高了整体的电磁屏蔽效果。

图2：CC-MCC复合膜的EMI屏蔽性能。

如图2所示，EMI SE随层数的增加而增加。多层结构促进了入射电磁波在平行导电界面之间的多次反射，从而显著提高了SET。同时，薄膜中层次顺序的变化导致SEA和SER值出现显著差异。随着多层结构从两层扩展到六层，来自MXene入射面的测量显示，与R相比，A有所增加，表明随着薄膜层数的增加，电磁波吸收能力得到增强。来自CNT/CNF入射面的测量则显示，R相对于A有所增加，表明随着薄膜层数的增加，电磁波反射能力得到增强。这些结果表明，具有渐变结构的多层薄膜能够有效调节EMI屏蔽性能。这种调节是通过精确的结构配置和入射面选择来调整电导率，从而共同促进了电磁波的衰减效果。别地，优化样品在5 μm厚度下达到了最大SE/t值8000 dB mm−1，突显了梯度材料架构的卓越屏蔽性能。

图3：基于CC-MCC-6制备的对称超级电容器的电化学储能性能。

基于CC-MCC的超级电容器表现出卓越能量储存性能，主要归功于三个因素：首先，CNT/CNF的引入有效地抑制了MXene纳米片的聚集，并促进了复合薄膜内分层多孔结构的形成，这不仅增强了电解液的渗透性，还加速了离子传输；其次，CNT的存在优化了MXene层之间的导电路径，从而实现了高效的电子传输和电流收集；最后，CNT桥接了两个不同的导电层，促进了层间垂直电子传输，从而提高了薄膜的整体垂直电子传输效率。当Pm增加到5000 W kg−1时，仍保持了较高的能量密度，达到10.36 Wh kg−1，显示出相比许多先前报道的设备更优越的性能。

图4：制备的CC-MCC复合膜的机械和焦耳加热特性。

此外，制备的CC-MCC复合膜表现出良好的机械性能和柔韧性，同时也表现出优异的焦耳加热性能。因此，轻质和柔性CC-MCC复合膜具有卓越的EMI屏蔽性能，在航空航天，国防，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://doi.org/10.1016/j.compscitech.2025.111466

人物简介：

王梅，山西大学物理学教授，博士生导师。主要从事面向应用的功能型纳米材料的研究。主要研究方向包括电磁波吸收/屏蔽、应变/压力传感器、光/光电催化材料、超级电容器、3D打印等。先后主持国家自然科学基金委、韩国国家研究基金委等项目8项。