综述：MXenes/聚合物基材料的电磁辐射防护

这篇综述系统探讨了二维过渡金属碳/氮化物（MXenes）与聚合物复合材料在电磁辐射（ER）防护领域的最新进展。文章重点阐述了聚合物在MXene表面的组装机制及其对电磁干扰屏蔽效能（EMI SE）的影响，深入分析了界面修饰策略如何通过调控导电性（如PANI、PPy）与非导电性（如PVA、PAA）聚合物的协同作用，实现吸收主导型（A>R）绿色屏蔽（如SE达100 dB@20 μm），为柔性电子和可持续制造提供新材料设计思路。

　　

电磁辐射防护的挑战与MXenes/聚合物解决方案

随着智能手机和无线通信设备的普及，环境中的电磁波（EW）污染呈指数级增长，对人体健康构成潜在威胁。MXenes作为一种新型二维过渡金属碳/氮化物，凭借其高导电性（如Ti₃C₂T_x）、层状结构和丰富的表面终止基团（-O、-F等），成为电磁辐射（ER）防护材料的研究热点。

ER防护机制：从反射到吸收

传统金属基屏蔽材料依赖反射机制（SE_R），但会导致二次污染。MXenes/聚合物复合材料通过调控界面特性，可实现吸收主导型防护（SE_A）。其效能计算公式为：

SE_T = SE_R + SE_A + SE_M

其中吸收系数A与反射系数R的关系（A + R + T = 1）决定材料性能。例如，静电组装聚苯胺（PANI）的MXene薄膜在20 μm厚度下实现100 dB屏蔽，且A/R比值达4.5。

材料设计策略

1. 导电聚合物体系：如MXene/PANI通过π-π共轭增强电荷转移，但高导电性易引发阻抗失配。最新研究通过构建多孔泡沫结构（如PDMS/MPFB），将SE_A提升至90 dB@1.3mm。

2. 非导电聚合物体系：聚乙烯醇（PVA）与MXene的复合泡沫在0.15 vol%填充量下实现5136 dB·cm²·g^-1比屏蔽效能，且SE_R<2 dB，显著降低反射。

界面工程突破

表面终止基团调控是关键：

• 静电组装带正电的聚苯乙烯（PS）微球与负电MXene，形成三维导电网络

• 仿生矿化水凝胶（MXene/PAA）通过氢键和孔隙结构增强多重EW散射

未来展望

当前挑战包括MXene易氧化、规模化生产难题。未来方向聚焦于：

• 双过渡金属MXenes（如Mo₂Ti₂C₃T_x）的电子各向异性设计

• 2D/2D异质结构（MXene/石墨烯）界面电荷传输优化

• 生命周期评估与柔性器件集成

该领域正从单一屏蔽性能向“吸收-机械-环境稳定性”多目标协同设计演进，为下一代智能防护材料奠定基础。