碳纳米管/镀银尼龙6多层交联结构复合膜的简易设计，具有优异的微波吸收性能和力学性能

武汉纺织大学的王栋教授和杨晨光副教授团队在Chemical Engineering Journal上发表了题为“Facile design of nanofiber composite film with multi-level crosslinked enhanced structure using carbon nanotubes/silver-coated nylon 6 as microwave absorber”的研究成果，报道了一种具有多级交联结构的电磁屏蔽纳米纤维复合膜的简易制备思路及其多功能应用。

随着数字通信、智能互联等技术的不断发展，电子元器件发射的电磁波（EM）造成的辐射污染日益严重.这些电磁波不仅会干扰附近的电子设备，还会危害人体健康。除了实现高电磁屏蔽效率（SE）的性能外，还需要满足低成本、轻便、柔韧、防水、耐用、耐磨和吸收损耗等特性的要求。传统的聚合物复合材料需要高负载填料来获得高导电性和有效的EM屏蔽性能;然而，这导致高成本、低加工性和差的机械性能。

应对上述挑战，武汉纺织大学的王栋教授和杨晨光副教授提出一种电磁屏蔽纳米纤维复合膜的简易制备策略，使用低成本、低填充量且工艺简单的方法制备出了一种以PVA-co-PE、CNTs、Ag@PA6为基底的纳米纤维复合膜，以实现宽频范围内的优异的微波吸收性能和机械性能。如图1 ，通过采用真空抽滤、化学交联、紫色键合等方法，成功制备了具有良好界面增强、化学键合和多级网络结构的PVA/CNT/Ag@PA6复合纳米纤维膜。

图 1 PVA/CNT/Ag@PA6的组装策略

该纳米纤维复合膜内的化学交联极大地改善了PVA-co-PE纳米纤维之间的界面。此外，Ag@PA6纤维和紫外交联的引入形成了稳定的纳米纤维复合膜框架结构，改善了纳米纤维复合膜的导电网络。同时，CNTs与PVA-co-PE纳米纤维之间形成的氢键进一步增强了界面效应。这三种增强结构的形成增强了复合膜的导电网络。

图 2 PVA/CNT/Ag@PA6的微观结构及交联机理

图2展示了不同膜的SEM图像。非交联PVA-共-PE纤维的形态如图2a、e和i所示。在使用了戊二醛化学交联之后，在纤维的表面上出现透明微球，纤维之间的界面相互作用在交联之后显著增强。从图可以看出，Ag均匀地分布在PA 6纤维表面，显著提高了复合膜的电导率。通过紫外光交联，交联后的PA 6形成了稳定的内部结构。碳纳米管均匀分布在PVA-co-PE纳米纤维中，形成了良好的界面效应，表明羟基碳纳米管与PVA-co-PE纤维之间可能形成了氢键。

图 3  PVA/CNT/Ag@PA6的电磁屏蔽性能

图3展示了复合纤维膜在8.2- 12.4GHz的频率范围内的EMI SE。纯PVA-co-PE膜几乎没有表现出EM波屏蔽。在添加CNT之后，EMI SE达到28.6dB，并且在继续添加Ag@PA6之后增加到42.5dB。随着碳纳米管和Ag @ PA 6的添加，复合纤维膜的内部导电网络逐渐改善。同时还测试了该纳米纤维复合膜在不同环境下的电磁屏蔽性能，作者将该PVA/CNT/Ag@PA6置于高低温、强酸碱、弯曲扭曲数千次后的EMI SE，结果表明该复合膜仍表现出稳定的电磁屏蔽性能。

图 4 PVA/CNT/Ag@PA6的力学性能

图4展示出了不同膜的拉伸性能。与PVA-co-PE膜相比，PVA/CNTs/PA 6膜的拉伸性能明显提高，拉伸应变降低，主要是由于纳米纤维、CNTs和Ag@PA6之间的界面增强。交联后，拉伸性能进一步提高，断裂强度超过20 MPa。这些优异的拉伸性能满足各种EMI材料的性能要求。此外，该复合膜兼具优异的柔韧性，可以折叠成飞机形状并在红外热成像下展示均匀的热量分布。

作者通过多级强化结构的成功构建，在添加介质较少的情况下，实现了可观的EMI屏蔽性能。本研究为多功能膜的开发提供了一种新的设计理念，有望作为新一代电磁屏蔽防护材料，应用于复杂、动态和极端温度环境中。

该成果以“Facile design of nanofiber composite film with multi-level crosslinked enhanced structure using carbon nanotubes/silver-coated nylon 6 as microwave absorber”为题，发表在Chemical Engineering Journal期刊上，武汉纺织大学王栋教授为通讯作者，武汉纺织大学杨晨光副教授为第一作者，武汉纺织大学技术研究院2023级研究生陈灿为共同一作。该工作受国家自然科学基金、湖北省重点研发项目基金等的资金支持。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725009933?via%3Dihub