南京工业大学冯永宝和李秋龙团队《Composites Part A》：水诱导强韧的MXene桥接还原氧化石墨烯复合膜，增强电磁屏蔽和热管理

第一作者：李秋龙

通讯作者：李秋龙、付慧丽、冯永宝

单位：南京工业大学材料科学与工程学院、中国科学院苏州纳米所

随着5G/6G通信技术的飞速发展，电子设备朝着高功率、高频段、微型化方向快速迭代，设备运行过程中产生的电磁干扰（EMI）问题日益突出，不仅会造成周边电子器件性能衰减，还可能对人体健康产生潜在危害；同时，高功率密度带来的设备内部热量积聚，会严重影响电子元件的使用寿命与运行安全性，成为制约高端电子器件发展的关键瓶颈。传统金属基电磁屏蔽材料存在表面阻抗失配引发电磁波二次反射、易腐蚀、加工性差等问题，而现有二维复合膜制备过程中，石墨烯（GO）与MXene纳米片容易发生自堆积、层间相互作用弱，难以同时实现优异的力学性能、导电导热性与面内各向同性，无法满足多功能电子器件的集成化应用需求。因此，开发一种轻量化、高韧性、兼具高效电磁屏蔽与热管理性能的二维复合膜材料，成为当前材料科学领域的研究热点。Ti3C2Tx MXene与GO作为两类典型的二维纳米材料，兼具高导电性、高导热性与低密度的优势，是制备电磁屏蔽/热管理复合膜的理想基材。如何通过精准的结构设计，强化二者的界面相互作用，抑制纳米片自堆积，实现力学、导电、导热与电磁屏蔽性能的协同提升，是该领域亟待解决的核心问题。

基于此，来自南京工业大学冯永宝和李秋龙团队在《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》期刊发表名为“Water-induced robust MXene-bridged reduced graphene oxide composite films for enhanced electromagnetic interference shielding and thermal management”的论文。研究表明，利用纳米限域水的诱导作用，促使GO纳米片边缘羧基与MXene表面羟基发生反应，形成Ti-O-C共价键，并结合层间水的氢键桥联效应，实现了二维纳米片的有序排列与致密堆叠；通过HI还原处理，进一步增强了Ti-O-C共价键作用与片层间π-π共轭桥联，大幅提升了复合膜的力学强度与导电导热性能。所获得的M1rG1复合膜在40 µm的低厚度下展现出59.16 dB的EMI SE，95.24 MPa的抗拉强度以及17.18 W m-1 K-1的面内热导率。在此基础上，通过PSE-AP溶液二次还原引入π-π桥联键，制备出高性能π-M1rG1复合膜，该复合膜具有显著提高的机械性能（148.35MPa）。得益于独特的结构设计，该系列复合膜实现了力学性能、电磁屏蔽性能与热管理性能的协同突破，在便携式电子设备、5G/6G通信器件等领域展现出广阔的应用前景。

通过真空抽滤将MXene与GO纳米片进行物理混合，利用纳米限域水的空间约束效应，使片层间形成连续的氢键网络，有效抑制了纳米片的褶皱与自堆积；同时，纳米限域水诱导GO与MXene发生界面反应，形成Ti-O-C共价键，与层间氢键形成协同桥联效应，成功制备出高致密、高取向且本征面内各向同性的MG复合膜。HI还原处理进一步去除GO表面含氧官能团，提升了片层结晶度，使复合膜的层间排列更紧凑，界面相互作用更强。

通过调控MXene与rGO的质量配比，实现了复合膜导电导热性能的精准调控。其中，M3rG1复合膜的电导率显著提升至1431 S·cm-1，在X波段展现出59.16 dB的超高EMI SE，厚度仅为40 μm，其SSE/t高达1.55×104 dB cm2 g-1，远优于已报道的同类二维复合膜材料。M1rG1复合膜凭借致密有序的层状结构，实现了高效的声子与电子传输，其面内热导率达到17.18 W m-1 K-1，红外热成像测试表明，该复合膜在热源上的温度上升速率显著优于纯rGO与MXene膜，展现出优异的热管理能力。

在M1rG1复合膜基础上，团队通过PSE-AP溶液二次还原，在片层间引入π-π桥联键，制备出π- M1rG1复合膜，其拉伸强度从95.24 MPa进一步提升至148.35 MPa，实现了力学强度的跨越式提升。该复合膜同时具备高韧性、高导电、高导热与高效电磁屏蔽性能，成为少数实现多性能协同集成的二维复合膜材料。此外，该复合膜展现出优异的结构稳定性，经超声处理后仍能保持完整的层状结构，且可轻松提起100 g重物而不发生断裂，为其实际工程应用奠定了坚实基础。

Water-induced robust MXene-bridged reduced graphene oxide composite films for enhanced electromagnetic interference shielding and thermal management

李秋龙，博士，教授，2020年10月以海外高层次人才C类计划入职南京工业大学材料科学与工程学院。连续三年入选全球前2%顶尖科学家（World's Top 2% Scientists）年度影响力榜单（2023/2024/2025年）。一直聚焦于新型水系电化学储能系统、锂/钠离子电池、电磁屏蔽与吸波材料前沿方向，在高性能电化学储能材料及高效电磁屏蔽和吸波材料的设计与可控制备等方面取得了系统性成果。以第一/通讯作者（包含共同）在Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Energy Storage Mater. (3篇), Small (5篇), Carbon, J. Colloid Interf. Sci. (3篇), Compos. Part B, Compos. Part A (4篇), Sci. Bull., Nano Res., Mater. Today Phys, Chem. Eng. J. (2篇), Small Methods (2篇), J. Mater. Chem. A (5篇), J. Energy Storage (3篇), Mater. Today Energy (3篇)等国际一流学术期刊上发表论文60余篇，其中5篇入选ESI高被引论文，总被引4600余次（H-index为39），授权国家发明专利2项。主持国家自然科学基金、中国博士后基金、江苏省博士后基金、南京工业大学人才科研启动项目、教育部重点实验室开放基金、产学研项目等10余项。以第一完成人荣获2025年度江苏省材料学会科学技术奖（基础研究）二等奖（1/3）。担任Nat. Mater., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Nano, Energy Storage Mater., Compos. Part B, J. Mater. Sci. Technol., Compos. Sci. Technol., Small等50余种国际期刊审稿人。