工程师们采用“静电纺丝”这一制造纳米材料的新技术来生产一种新型织物，该织物可提供高性能的电磁干扰保护，这种现象会导致电子设备故障，并且在高水平暴露下会危害人体健康。
2022 年 12 月 31 日发表在Nano Research上的一篇论文描述了该技术。
电气设备产生的电场和磁场会对内部或外部的数字系统产生负面干扰。如果这些设备彼此靠近运行，这种中断可能会导致危险的故障，特别是在运输或医疗设备(例如起搏器和胰岛素泵)的情况下。这种干扰不仅会影响电子设备，而且会在短时间内以非常高的水平影响，部分利用生物电磁过程的人类生物学也可能处于危险之中。
由于所有这些原因，人们付出了大量努力来保护人员、设备和设备部件免受电磁干扰。为了避免制造设备，尤其是可穿戴设备，过于庞大和沉重，这种屏蔽还需要轻便和灵活。
自1960年代以来，此类屏蔽主要集中在金属丝织物、金属丝与化学纤维的混纺和镀银等方面的使用。然而，成本高和柔韧性差是这种电磁防护织物被广泛接受的主要障碍。
最近，很大程度上由于军事隐身技术的电磁屏蔽需求，从石墨烯到碳气凝胶和碳纳米管的新型碳基材料由于这些材料的特殊结构而在各种电磁吸收和屏蔽应用中取得了巨大成功在微观和纳米尺度上，主要依靠辐射在层间的散射和反射，以及电子的转移，来实现对电磁波的高衰减。它们还受益于高导电性和表面积、重量轻、柔韧性和环境可持续性。
通过组合所谓的一维材料(长度在 1 到 100 纳米之间且实际上没有宽度的非常薄的带或线)和二维材料(类似的薄材料，但以平面形式存在，如极薄的一张纸)具有特别优异的电磁波吸收和屏蔽性能。
“但即使在这里，在保持织物固有柔韧性的同时集成电磁波防护、耐用性和舒适性等多种功能仍然是一项艰巨的挑战，”该论文的第一作者、生物纤维国家重点实验室研究员张硕说。与生态纺织品，青岛大学材料科学与工程学院。
然而，近年来，由碳化物(碳和金属的任何化合物)和氮化物(氮的任何无机化合物)制成的一系列二维层状结构开始引起电磁屏蔽研究人员的注意。这些二维材料被称为“MXenes”，因为它们是由“MAX”物质制成的，其中 M 代表早期过渡金属，例如钛、钒和铬;A 代表元素周期表中的任何 A 族元素，例如铝、硅和锡;X代表碳或氮。“ene”后缀暗示了与石墨烯的纳米结构相似性。
通常，这些 MXenes 是通过将 MAX 物质浸入氢氟酸中进行蚀刻的工艺生产的。它们的二维分层结构为内部反射提供了多种选择，并提供了卓越的电子传输效率、高表面积和机械性能，所有这些都提供了出色的电磁波吸收能力。
迄今为止性能最好的 MXene 在 1.1 毫米处实现了 -41.8 分贝的“反射损失”性能。
研究人员认为他们可以通过探索蚀刻以外的其他制造方法来超越这一点，并着眼于静电纺丝。这是一种制造极细的纳米级纤维的技术。含有所需材料的溶液被装在带有针头的注射器中，然后高压电源使电荷聚集在液体表面。在某一时刻，电荷间的静电斥力超过了溶液的表面张力。这会产生极细的液体射流，当它从注射器中喷出时会变干，并通过静电排斥进一步伸展。
静电纺丝技术还提供了制备纳米纤维最简单、成本最低的方法之一，而且操作简单。
静电纺丝获得的纤维的微观结构、直径、取向和堆积密度也可以通过改变工艺参数进行调整。通过在静电纺丝前驱体溶液中添加磁性金属元素，经过静电纺丝和高温热处理后，所得纳米纤维复合膜产生显着的磁损耗，显着增强电磁波衰减性能。
研究人员电纺一种新型复合材料，由二维 MXene 纳米片与磁性铁和镍纳米颗粒以及一维碳纳米纤维 (CNF) 结合而成。通过静电纺丝获得的多维复合电磁防护织物有效地避免了一维结构的团聚和二维结构的自堆叠——过去制造的早期MXene电磁吸波材料所面临的挑战，同时大幅降低了成本并消除了加工难度.
他们的材料确实击败了之前的最佳表现者，在 2.7 毫米处实现了 -54.1 分贝的电磁吸收性能，同时提供高柔韧性和轻质防水性能，在恶劣环境下为防护织物提供卓越的耐用性。
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