保护敏感设备免受电磁辐射损害需要开发高性能的电磁屏蔽薄膜。随着薄膜厚度减小至微米/纳米级，由于反射减弱，电磁屏蔽能力通常会迅速下降。因此，在亚微米薄膜中实现增强的电磁屏蔽性能仍是一个未解决的挑战。受水果表皮自然起皱现象的启发，北京航空航天大学王广胜教授&刘明杰教授&刘利民教授团队提出了一种均匀应变策略，通过聚合物均匀脱水收缩实现自起皱诱导MXene形成图案化晶格结构。均匀的起皱幅度可从0.8 μm调节至6 μm。晶格结构导致MXene形成了额外的导电路径和表面散射，所获得的晶格结构薄膜在17 μm厚度时表现出高达81.5 dB的出色电磁屏蔽性能，在经历各种恶劣测试条件后仍保持较高的电磁屏蔽性能和稳定性。这些结果表明，基于传统材料的超薄薄膜通过褶皱诱导的表面规则图案，具有提升电磁屏蔽性能的潜力。

  该工作以“Regular-wrinkling tunable MXene lattice for electromagnetic interference shielding”为题发表在《Nature Communications》。文章第一作者是北京航空航天大学张珊博士。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图1：晶格结构MXene的形成过程与表征

(A) 水果表皮在自然环境中形成褶皱。(B) 晶格结构MXene的制备示意图。(C) MXene在聚酰亚胺 (PI) 表面的截面SEM图像。数据来自十次独立实验(n=10)，结果具有代表性且相似。(D)晶格结构MXene在不同放大倍数下的SEM图像。数据来自十次独立实验(n=10)，结果具有代表性且相似。(E)晶格结构MXene的三维原子力显微镜图像。(F)晶格结构MXene与近期报道的其他电磁干扰屏蔽材料性能对比。红圈内的五个五角星代表通过本方法制备的样品。

图2：晶格结构 MXene 的电磁干扰屏蔽性能与机理

(A)平面MXene与晶格结构MXene在X波段的总屏蔽效能、吸收屏蔽效能及反射屏蔽效能的平均值对比。(B)晶格结构MXene的电磁干扰屏蔽效能及其截面扫描电镜图像。数据来自十次独立实验(n=10)，结果具有代表性且相似。(C) 晶格结构MXene在Ku、K及Ka波段的电磁干扰屏蔽效能。(D)不同MXene体积分数、平面MXene及晶格结构MXene薄膜的电磁干扰屏蔽效能对比。(E)不同厚度的晶格结构MXene在X波段的电磁干扰屏蔽效能。(F)10 GHz频率下晶格结构薄膜的有限元模拟电流密度分布图，及(G)电场方向分布图。(H)晶格结构MXene薄膜的电磁干扰屏蔽机理示意图。带箭头的蓝色曲线表示入射电磁波，带箭头的黄色曲线表示多重散射，带箭头的橙色曲线表示表面反射的电磁波。在放大图中，带箭头的红色直线及发出的蓝光表示导电通路，黄色箭头则代表电磁波在单个晶格单元内的散射过程。

图3：MXene/PI 薄膜经受各种严苛测试条件后的力学性能与耐久性

(A) MXene/PI薄膜与其他MXene基电磁屏蔽材料的性能对比。(B)受力后MXene/PI薄膜的电导率与电磁干扰屏蔽效能。(C) MXene/PI薄膜在初始状态、8%应变及11%应变下的扫描电镜图像。拉伸后交叉晶格区域出现的裂纹位于虚线圆圈内。数据来自十次独立实 (n=10)，结果具有代表性且相似。(D)晶格结构 MXene、平面MXene及MXene-VAF在 180°弯曲后的电阻变化。(E)超声清洗前/后、(F)300℃高温、-196℃低温、pH=1酸性环境及热冲击处理前/后MXene/PI薄膜的电磁屏蔽效能。(G)晶格结构MXene、平面 MXene与 MXene-VAF的抗氧化活性对比。

图4：MXene/PI 薄膜的焦耳热效应与除冰性能

(A)MXene/PI薄膜在不同驱动电压下10秒内的红外热成像图。(B)MXene/PI薄膜在不同驱动电压下的温度-时间曲线。(C)MXene/PI薄膜的电压与温度性能与文献报道值的对比。(D)MXene-VAF、平面MXene及晶格结构MXene薄膜的水接触角。(E)结冰实验示意图。(F)MXene-VAF、平面MXene及晶格结构MXene薄膜的结冰时间。(G)施加电压后冰块的融化与滑落过程。

结论：

  本文报道了一种通过聚合物在脱水反应中收缩诱导形成的自褶皱晶格结构MXene。该晶格结构提供了额外的电磁波散射界面与更多导电通路，从而增强了电磁波损耗。得益于这一结构，厚度仅为 17微米的褶皱 MXene 薄膜实现了高达 81.5 dB 的电磁干扰屏蔽效能。独特的晶格结构使其在经受机械拉伸、超声处理、高低温、酸性溶液及湿热环境等多种严苛条件后，仍能保持 75 dB 以上的屏蔽效能。此外，MXene/PI 薄膜还表现出疏水性与快速的焦耳热除冰特性。本研究提出了一种具有前景的无机材料自组装图案化策略，为在恶劣环境或严苛工况下实现高效电磁干扰屏蔽应用展示了潜力。

  原文链接：Regular-wrinkling tunable MXene lattice for electromagnetic interference shieldingShan Zhang, Juntao Wu, Zhi-Ling Hou, Pengfei Hu, Bo Cai, Chenming Liang, Lu Zhou, Wenhao Liang, Yufeng Xue, Martin C. Koo, Pei-Yan Zhao, Li-Min Liu*, Mingjie Liu* & Guang-Sheng Wang*

  https://doi.org/10.1038/s41467-025-68035-2