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主要作者与机构
本研究由Gengmei Liu、Jinbao Li、Dingwen Yin、Huijuan Xiu、Simin Wang、Xuanchen Jiang、Yuxin Qin、Feiguo Hua、Yufei Jia和Mengxia Shen共同完成。作者分别来自陕西科技大学、浙江顺普新材料技术有限公司和浙江金佳豪绿色纳米材料有限公司。该研究于2025年发表在《Chemical Engineering Journal》期刊上。

学术背景
随着柔性电子和集成电子技术的快速发展，电磁屏蔽材料的需求日益增加。传统的电磁屏蔽材料如金属和导电聚合物通常具有高反射特性，不仅降低了屏蔽性能，还导致二次电磁污染。此外，电子设备在运行过程中产生的热量积累也需要材料具备高效的热管理性能。同时，便携式和可穿戴电子设备的普及要求材料具备应变传感功能，以实现对人体运动的实时监测。然而，现有材料往往难以同时满足高性能、低反射、热管理和应变传感等多功能需求。因此，本研究旨在设计一种新型双层复合薄膜，通过结合宏观电磁双层结构和微观可可树状FL（cocoa-tree-like FL）及刺球状CN（spiky-ball-like CN）结构，实现高效电磁屏蔽、低反射、热管理和应变传感性能。

研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
1. 材料制备
- FL层的制备：通过机械混合法制备多维纳米结构的FL导电层。首先，将SiO2纳米颗粒均匀分散在1 mg/ml的多巴胺溶液中，经过超声处理和磁力搅拌后，形成SiO2@PDA分散液。随后，采用聚醇法合成银纳米线（AgNWs）分散液，并将其与CNF（纤维素纳米纤维）和SiO2@PDA分散液混合，最终得到CNF/AgNWs/SiO2@PDA（FL）分散液。
- CN层的制备：通过原位还原法在CNF表面生长镍纳米颗粒（NiNPs）。首先，将NiCl2·6H2O和CNF分散在乙二醇中，经过超声和磁力搅拌后，加入水合肼作为还原剂，并在85°C水浴中进行还原反应，最终得到CNF-Ni（CN）分散液。
- FL/CN复合薄膜的制备：通过真空过滤法将FL和CN分散液依次过滤，并通过层叠组装和干燥处理，制备出具有电磁双层结构的FL/CN复合薄膜。

1. 材料表征

   • 微观形貌分析：使用场发射扫描电子显微镜（SEM）观察复合薄膜的表面和截面形貌，确认FL层的可可树状结构和CN层的刺球状结构。
     
   • 化学结构与晶体结构分析：采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）对材料的化学结构和晶体结构进行分析，确认了NiNPs和AgNWs的成功引入。
     
   • 电导率与磁性能测试：通过四探针电阻率测试仪测量材料的电导率，并使用磁滞回线测试仪测量CN层的磁性能，验证了电磁双层结构的成功构建。

2. 电磁屏蔽性能测试

   • 使用矢量网络分析仪在8.2-12.4 GHz频率范围内测量复合薄膜的S11和S21参数，并计算吸收系数（A）、反射系数（R）和传输系数（T），进而得出总屏蔽效能（SET）、吸收屏蔽效能（SEA）和反射屏蔽效能（SER）。结果表明，FL/CN6复合薄膜在0.174 mm厚度下实现了85.59 dB的SET和仅7.73 dB的SER。

3. 热管理性能测试

   • 通过热导率分析仪测量复合薄膜的热导率，并使用红外热成像仪测试其光热转换性能。结果表明，FL/CN6复合薄膜在2.5 V低电压下可快速升温至105.2°C，并表现出优异的光热转换能力。

4. 机械性能与应变传感性能测试

   • 使用伺服电子拉伸试验机测试复合薄膜的机械性能，结果显示FL/CN6复合薄膜的拉伸强度为23.67 MPa，断裂应变为10.95%。此外，通过数字万用表测试其应变传感性能，发现其对压力变化具有高度敏感性，响应时间小于400 ms。

主要结果
1. 电磁屏蔽性能：FL/CN6复合薄膜在0.174 mm厚度下实现了85.59 dB的SET和仅7.73 dB的SER，显著优于传统电磁屏蔽材料。这一结果得益于FL层的导电损耗和CN层的磁滞损耗、极化损耗等多种损耗机制的协同作用。
2. 热管理性能：FL/CN6复合薄膜表现出优异的热导率（2.84 W/m·K）和光热转换能力，适用于高效热管理应用。
3. 机械性能与应变传感性能：FL/CN6复合薄膜具有良好的机械性能和应变传感能力，可应用于柔性电子设备和智能穿戴设备。

结论
本研究通过设计一种新型双层复合薄膜，成功实现了高效电磁屏蔽、低反射、热管理和应变传感性能的集成。该薄膜在柔性电子、便携式设备和智能穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。其创新之处在于结合了宏观电磁双层结构和微观可可树状FL及刺球状CN结构，优化了多种损耗机制，提供了“吸收-反射-再吸收”的电磁波损耗路径，解决了传统电磁屏蔽材料高反射和二次电磁污染的问题。

研究亮点
1. FL/CN双层薄膜在0.174 mm厚度下实现了85.59 dB的SET和仅7.73 dB的SER，表现出优异的电磁屏蔽性能。
2. 可可树状FL和刺球状CN结构的结合优化了多种损耗机制，提供了高效的电磁波吸收路径。
3. 该薄膜具备优异的热管理性能和应变传感能力，适用于柔性电子设备和智能穿戴设备。

其他有价值的内容
本研究还探讨了FL/CN复合薄膜在不同电磁波入射方向下的屏蔽性能差异，发现从CN侧入射时，反射损耗显著降低，进一步验证了其低反射特性。此外，研究还通过热重分析（TGA）评估了薄膜的热稳定性，结果显示FL/CN6复合薄膜在高温条件下仍能保持较高的电磁屏蔽性能。