1. 提出通过均匀应变策略实现MXene自褶皱晶格结构，显著提升超薄MXene薄膜的电磁干扰（EMI）屏蔽性能。

2. 薄膜厚度仅17 μm时电磁干扰屏蔽效能（EMI SE）达81.5 dB，超薄尺度下性能优异。

3. 薄膜兼具高机械强度、极端环境稳定性、疏水性及快速焦耳热除冰功能，多功能集成。

1. 材料制备

采用LiF/HCl溶剂选择性刻蚀Ti3AlC2粉末，经清洗、离心、超声处理制备少层Ti3C2Tx MXene分散液，浓缩后得到40mg/mL MXene溶液。

通过溶液聚合制备聚酰胺酸（PAA）溶液，采用刮涂法将MXene溶液涂覆于PAA表面，经真空干燥后，在氮气氛围下梯度升温（80-300 ℃）热处理，实现PAA脱水环化转化为聚酰亚胺（PI），同步形成晶格结构MXene/PI复合膜。

2. 材料表征与性能测试

利用 SEM、AFM、XRD、XPS 等表征材料形貌与结构。

通过四探针测试仪、矢量网络分析仪等测试导电性与屏蔽性能。开展拉伸、弯曲、高低温、超声等稳定性测试。

1. 晶格结构可控制备与形貌调控

研究成功制备出45 cm×45 cm的大面积、结构稳定且参数可调的晶格结构MXene薄膜，为实际应用奠定基础。其形成核心是MXene与PAA的强氢键作用，以及PAA向PI转化时的均匀脱水热收缩效应。

高浓度MXene溶液在PAA表面自组装后，经溶剂挥发初步形成褶皱，再经20-300 ℃梯度升温热处理，MXene层间距缩1.08 nm，褶皱振幅提升至1-2 μm。通过调控125-2000 μm范围内的PAA厚度与MXene涂覆次数，可实现0.8-6 μm的振幅调节及晶格参数同步变化。该晶格结构仅在PI基底形成，经10组独立实验验证，重复性良好，这充分证实基底与MXene间的界面相互作用力对晶格结构的形成起到决定性调控作用。

2. 优异的电磁干扰屏蔽性能

晶格结构MXene薄膜展现出超卓的电磁干扰（EMI）屏蔽性能，其核心优势源于导电性提升与散射增强的协同效应。测试表明，晶格结构MXene的电导率达3500 S/cm，显著高于相同条件下制备的平整MXene薄膜（2500 S/cm），导电性的提升是由于额外导电通路的形成。在X波段（8.2-12.4 GHz）测试中，2.8 μm厚的晶格结构薄膜平均屏蔽效能（SET）达50.4 dB，较平整MXene薄膜（38.6 dB）提升31%，其中反射损耗（SER）增加1.7 dB，吸收损耗（SEA）提升10.3 dB。当薄膜厚度增至17 μm时，SET最高可达81.5 dB，远超多数已报道的超薄EMI屏蔽材料。

该材料还具备宽频屏蔽能力，在Ku、K、Ka波段的平均屏蔽效能分别为50.9 dB、51.3 dB、53.8 dB，拓宽了应用场景。与真空过滤法制备的MXene薄膜（MXene-VAF）相比，晶格结构MXene薄膜在厚度仅为2.8 μm时即可达到前者13 μm厚度的屏蔽效能，展现出显著的超薄优势。

3. 机械性能与极端环境稳定性

机械性能测试显示，该复合膜的拉伸强度达141±10 MPa，是MXene-VAF薄膜（3MPa）的47倍。拉伸应变为13±1%，较MXene-VAF薄膜提升4.6倍，且经数千次180°弯曲后电阻无明显变化。

在极端环境测试中，复合膜表现出卓越稳定性，经300 ℃高温、-196 ℃低温、pH=1酸性溶液浸泡24h，以及496 ℃温差的50次热冲击后，X波段屏蔽效能仍保持在75 dB以上。在40 ℃、60-80%湿度的湿热环境中放置数月，EMI屏蔽性能无显著衰减，且超声处理6h后MXene无脱落现象。

4. 多功能集成

复合膜还集成了疏水与高效焦耳热除冰功能。晶格结构与热处理去除了表面极性基团的协同作用，使水接触角达125°，显著高于MXene-VAF薄膜（34.9°）与平整MXene薄膜（50.6°）。在1-7 V电压下可实现34.7-397.0 ℃的可控升温，10 s内即可达到稳定温度，3 V电压下40s内即可使20°倾斜面上的冰层融化滑落。多次除冰循环后，材料的屏蔽性能与结构完整性保持不变，凸显其在低温潮湿极端环境中的应用潜力，为多功能电磁屏蔽材料的开发提供了新范式。

文章题目：一种具有规则褶皱结构且性能可调的MXene晶格材料用于实现电磁干扰屏蔽功能

发表期刊：《Nature Communications》

影响因子：15.7

公开日期：2026年1月10日

通讯作者：刘利民 教授、刘明杰 教授、王广胜 教授

通讯单位：北京航空航天大学

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