类型a：原创性研究学术报告
1. 研究团队与发表信息
本研究由Yanhu Zhan（第一作者兼通讯作者，聊城大学材料科学与工程学院）、Yuyao Wang（聊城大学）、Yu Cheng（四川大学高分子材料工程国家重点实验室）、Xuxu Hu（聊城大学）、Yanyan Meng（聊城大学）、Na Pan（通讯作者，聊城大学）、Hesheng Xia（通讯作者，四川大学）和Xiancai Jiang（福州大学化学工程学院）合作完成，发表于期刊《Industrial Crops & Products》第215卷（2024年），文章编号118653，在线发布于2024年5月3日。
2. 学术背景与研究目标
本研究属于功能材料与电磁屏蔽（Electromagnetic Interference Shielding, EMI）领域。随着电子设备普及，电磁波污染对人类健康和设备运行的干扰日益严重，亟需开发高性能、低反射的绿色电磁屏蔽材料。传统导电聚合物织物（Conductive Polymer Fabric, CPF）虽能通过高导电填料（如碳纳米管、石墨烯）实现高屏蔽效能（Shielding Effectiveness, SE），但高导电性会导致电磁波反射（Reflection Loss, RL），造成二次污染。因此，研究目标是通过非破坏性修饰的磁性碳纳米管（Fe₃O₄修饰的CNTs，简称MCNTs）与海藻酸钠（Sodium Alginate, SA）复合，开发兼具高SE（>20 dB）、低反射系数（Reflection Coefficient, R <0.5）和高绿色屏蔽指数（Green Shielding Index, GS >1）的柔性织物。
3. 研究流程与方法
研究分为四个主要步骤：
（1）MCNTs的制备与表征
通过共沉淀法在未修饰的碳纳米管（CNTs）表面原位生长~3 nm的Fe₃O₄纳米颗粒（NPs），形成MCNTs。采用透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）验证Fe₃O₄的成功负载（负载量6.4%）。磁性测试显示MCNTs的饱和磁化强度为0.39 emu/g，矫顽力35.9 Oe，兼具导电性与磁性。
（2）MCNT/SA复合纤维的湿法纺丝
将MCNTs与十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）分散剂混合，超声处理后与SA水溶液共混，形成均匀纺丝液。通过湿法纺丝技术，以3 wt% CaCl₂溶液为凝固浴，制备MCNT/SA（MCA）纤维。对照组为纯SA纤维和未修饰CNT/SA（CA）纤维。纤维经水洗去除残留CTAB和CaCl₂后，30根单丝加捻成纱线，再编织成织物。
（3）材料性能测试
- 力学性能：MCA-12纤维的拉伸强度达183 MPa，断裂伸长率>10%。
- 电磁性能：MCA-12织物的电导率为221.9 S/m，饱和磁化强度0.044 emu/g。
- EMI屏蔽效能：在X波段（8.2–12.4 GHz），MCA-12的SE为38.4 dB，反射系数R=0.165，GS=5.06，显著优于CA-12（SE=25.7 dB，R=0.655）。
- 耐久性：暴露于空气中8个月后，MCA-12仍保留89.7%的SE（28.0 dB），GS提升至6.44。
（4）机理分析
通过SEM和EDS证实MCNTs在纤维中均匀分布且纵向取向。磁性Fe₃O₄ NPs通过磁损耗和极化损耗增强电磁波吸收（Absorption Loss, SEA=32.4 dB），同时降低阻抗失配，减少反射（SER=6.0 dB）。
4. 主要结果与逻辑关联
- MCNTs的协同效应：Fe₃O₄ NPs在保持CNTs导电网络完整性的同时，赋予材料磁损耗能力，实现“绿色屏蔽”（吸收主导）。
- 结构优势：湿法纺丝工艺使MCNTs在SA基质中定向排列，提升导电通路效率。
- 性能对比：MCA-12的GS（5.06）远超文献报道的MXene/SA织物（GS=0.63）和银/棉织物（GS=0.22）。
5. 研究结论与价值
本研究成功开发了一种柔性、耐久的绿色EMI屏蔽织物，其核心创新点在于：
- 科学价值：提出“导电-磁性双功能填料”设计策略，解决了高SE与低反射难以兼容的难题。
- 应用价值：MCA织物可应用于可穿戴设备、军事隐身和医疗防护领域，且原料（SA、Fe₃O₄）环保可降解。
6. 研究亮点
- 材料创新：首次将非破坏性修饰的MCNTs用于SA纤维，兼顾高电导率（221.9 S/m）与适度磁性（0.044 emu/g）。
- 性能突破：MCA-12的GS（5.06）为目前报道的织物中最高值之一。
- 工艺优化：CTAB辅助分散和湿法纺丝工艺实现了MCNTs在SA中的均匀分布，避免了传统化学修饰对CNTs结构的破坏。
7. 其他价值
研究还发现MCA织物具有电热效应（输入10 V时温度达61.8℃），拓展了其在柔性加热器中的应用潜力。此外，TGA分析表明MCNTs的加入未影响SA的热稳定性，进一步验证了材料的实用性。