計瑜　劉元軍　趙曉明　侯碩

摘要：電磁波干擾電子電氣設(shè)備正常運行以及危害人類健康，電磁屏蔽能夠有效地對電磁波進(jìn)行防護(hù)。電磁屏蔽織物具有優(yōu)良的電磁屏蔽性能同時還具有織物特性，是理想的電磁屏蔽材料。首先簡述了電磁屏蔽織物的屏蔽機理;其次介紹了電磁屏蔽織物的分類;然后分析了利用金屬纖維、導(dǎo)電高聚物、石墨烯、MXene等材料，或運用化學(xué)鍍法和磁控濺射法制備電磁屏蔽織物的相關(guān)進(jìn)展;最后總結(jié)了各類電磁屏蔽織物目前存在的一些問題，并對其發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電磁屏蔽織物;金屬纖維;導(dǎo)電高聚物;石墨烯;MXene ;化學(xué)鍍;磁控濺射

中圖分類號：TS195.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1009265X（2022）03000112

Research status of electromagnetic shielding fabrics

JI Yu ?LIU Yuanjun ?ZHAO Xiaoming ?HOU Shuo

Abstract： Electromagnetic shielding can effectively protect against electromagnetic waves due to its interference with the normal operation of electronic and electrical equipment and its detriment to human health. Electromagnetic shielding fabric with excellent electromagnetic shielding properties and fabric properties is considered as an ideal material for electromagnetic shielding. Firstly， the shielding mechanism of electromagnetic shielding fabric is introduced. Secondly， the classification of electromagnetic shielding fabrics is briefly elaborated. Then the progress of preparing electromagnetic shielding fabrics by metal fibers， conductive polymers， graphene， Mxene and other materials， or by electroless plating and magnetron sputtering is analyzed. Finally， some problems existing in different kinds of electromagnetic shielding fabrics are summarized， and the prospect of their development is proposed.

Key words： electromagnetic shielding fabric; metal fiber; conductive polymer;graphene; MXene; chemical plating; magnetron sputtering

科技的進(jìn)步使人類生活發(fā)生了翻天覆地的改變，通信技術(shù)和電氣/電子設(shè)備飛速發(fā)展帶來了溝通改善、時間節(jié)約、生活方便以及信息大爆炸，同時也帶來了電磁波的困擾[1]。一方面電磁波通過不良響應(yīng)以及完全運行故障對電氣/電子設(shè)備產(chǎn)生干擾[2]。尤其是以5G為代表的現(xiàn)代通信技術(shù)的快速普及，5G手機和通信基站的信息傳輸速率、頻率和信號強度得到顯著提高，從核心射頻器件到內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組件都將迎來新的變化，使得電氣/電子設(shè)備更加容易受到電磁波的干擾[3]。另一方面電磁波通過輻射產(chǎn)生的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)嚴(yán)重影響著人類特別是嬰幼兒的健康[4]。長期處于超量的電磁輻射環(huán)境下，人體的免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)以及造血系統(tǒng)都可能會產(chǎn)生不同程度的損害，會導(dǎo)致頭痛、心悸、不孕不育、誘發(fā)癌癥等。電磁波污染已被公認(rèn)為繼大氣污染、噪音污染、水質(zhì)污染后的第四大公害[5]。

對于電磁波防護(hù)來說，非電離型的電磁波或者說對于廣泛用于通信應(yīng)用的X波段（8.2～12.4 GHz）范圍內(nèi)電磁波的防護(hù)比電離型的電磁波防護(hù)意義更加重大。電磁波頻譜各波段的應(yīng)用和危害如圖1所示[6]。因此，開發(fā)電磁屏蔽材料在社會生活、經(jīng)濟發(fā)展以及國防建設(shè)中具有重大意義，從而探索高性能的電磁屏蔽材料受到廣泛的關(guān)注和研究[7]。電磁屏蔽織物是兼具輕質(zhì)、柔性和強力的電磁屏蔽材料，具有機構(gòu)可控、編織靈活、輕柔耐洗、低質(zhì)量、低成本等特點，成為軍用或民用首選的屏蔽材料。同時，電磁屏蔽織物具有良好的服用性，制成的防電磁輻射服裝能夠有效地保護(hù)在電磁輻射安全限值以上環(huán)境下的工作人員，降低其職業(yè)風(fēng)險。

1電磁屏蔽織物的屏蔽機理

理論上，對于一般的電磁屏蔽材料來說，入射的電磁波可以被反射、吸收和多次反射阻擋，這是設(shè)計屏蔽材料衰減電磁波能量的重要耗散方式[810]。根據(jù)屏蔽機制，由于空氣和屏蔽材料之間的阻抗不匹配，電磁波首先被反射。屏蔽材料應(yīng)必須具有良好的導(dǎo)電性，使得屏蔽材料中電荷載流子與電磁波發(fā)生相互作用。當(dāng)電磁波進(jìn)入屏蔽材料內(nèi)部時，由于介質(zhì)中的電偶極子和磁偶極子與電磁波相互作用，電磁波在屏蔽材料內(nèi)部被吸收。電磁波在屏蔽材料內(nèi)部被吸收不僅與材料的導(dǎo)電性有關(guān)，還與材料的磁導(dǎo)率有關(guān)。當(dāng)電磁波穿過屏蔽體時又遇到界面間的阻抗不匹配，導(dǎo)致部分電磁波反射回屏蔽材料內(nèi)部，以至于發(fā)生多次反射。傳輸線理論法解釋電磁波屏蔽機理如圖2所示[11]。

有效的電磁波屏蔽是一個復(fù)雜的過程，電磁屏蔽材料的導(dǎo)電性、介電常數(shù)、磁導(dǎo)率以及物理幾何形狀等都對屏蔽效果有著重要影響。對于電磁屏蔽織物，織物的多孔介質(zhì)材料特性在電磁波屏蔽時需要考慮。有研究者設(shè)計實驗或理論計算來說明織物多孔特性對電磁屏蔽的影響，如段永潔等[12]利用不銹鋼長絲與棉制成的賽絡(luò)包芯紗和賽絡(luò)菲爾紗針織物，發(fā)現(xiàn)實際測得的針織物的電磁屏蔽效能比理論值低得多，并且測得4種組織結(jié)構(gòu)的針織物的電磁屏蔽效能從大到小依次為：緯平針、集圈式雙層、1+1羅紋、提花，而4種組織結(jié)構(gòu)的孔隙率（或者稱未充滿系數(shù)）從小到大依次為：緯平針、集圈式雙層、1+1羅紋、提花。這反映出織物的孔隙率對電磁屏蔽效果有重要的影響。潘振等[13]通過理論計算得到電磁屏蔽效能與織物孔隙大小是成反比關(guān)系的，即相同頻率下，織物組織的孔隙寬度越大，屏蔽效能越低。對于織物孔隙率對電磁屏蔽的影響可以借用傳輸線理論模型來解釋，即假設(shè)電磁屏蔽織物是一塊無限大的導(dǎo)體板，導(dǎo)體板上有許多小空隙，導(dǎo)體板的實際面積是小于整體面積，使得一部分電磁波會從空隙中直接穿過去，因此實際測量的電磁屏蔽效能小于理論值。實際上，電磁屏蔽織物的孔隙相當(dāng)于處在截止頻率下的波導(dǎo)，波導(dǎo)的截止頻率主要取決于孔隙的孔徑大小，當(dāng)電磁波的頻率接近截止頻率時，屏蔽則無效[12]。閆鑫鑫等[14]在研究雙層電磁屏蔽織物疊放角度對電磁屏蔽效能的影響時，兩塊織物呈45°排列時屏蔽效果最好，其原因也與織物孔隙率有關(guān)，45°交叉排列經(jīng)緯紗縱橫交錯，形成的網(wǎng)格孔隙最小，屏蔽效果最好。電磁屏蔽織物的孔隙率是影響織物電磁屏蔽性能好壞的重要因素，如何平衡孔隙率大小與屏蔽效果之間的關(guān)系，以實現(xiàn)高效的電磁屏蔽需要更加深入的研究。

評價電磁屏蔽織物屏蔽效果一般用電磁屏蔽效能（Shielding efficiency，SE）來表示，單位為分貝（dB）。屏蔽效能值越大，表明電磁屏蔽效果越好。一般來說電磁屏蔽材料至少需要20 dB。20 dB表明有99%的電磁輻射被衰減，只有1%的電磁輻射離開屏蔽材料，而30 dB表明有99.9%的電磁輻射被衰減，只有0.1%的電磁輻射離開屏蔽材料。20～30 dB可用于商用電磁屏蔽材料;30～60 dB可用于工業(yè)電子設(shè)備;60～90 dB可用于航空航天以及國防軍事;大于90 dB的電磁屏蔽材料很難制造應(yīng)用，可用于高精尖儀器設(shè)備[5， 15]。

在高端智能電子設(shè)備和航空航天領(lǐng)域中迫切需要超薄、輕質(zhì)的電磁屏蔽織物。為了徹底評估屏蔽材料的薄度和輕量性以及電磁屏蔽性能，研究者們制定了一個新的標(biāo)準(zhǔn)，即SSEt。SSEt是電磁屏蔽效能（SE）與屏蔽材料密度和厚度的比值，單位為dB·cm2/g[16]。

2電磁屏蔽織物研究現(xiàn)狀

電磁屏蔽織物具有良好屏蔽效果的同時還保留了織物原有的一些特性，可經(jīng)紡織，裁剪，拼接，縫制等方式制成電磁屏蔽紡織品。電磁屏蔽織物能夠有效的保護(hù)工作人員免受電磁輻射侵害和電氣/電子設(shè)備的正常運行，是理想的電磁屏蔽材料。電磁屏蔽織物種類繁多，一般可分為以下3類。

2.1金屬基電磁屏蔽織物

電磁屏蔽織物一般要求是導(dǎo)電織物，而金屬導(dǎo)體具有優(yōu)異的電導(dǎo)率、易拉伸、能鍍覆等優(yōu)點在早期備受研究者青睞。如今，金屬基電磁屏蔽織物制備方法成熟且部分已得到商用化[15]。金屬基電磁屏蔽織物可分為金屬纖維電磁屏蔽織物和金屬鍍層電磁屏蔽織物。

2.1.1金屬纖維電磁屏蔽織物

常用的金屬纖維有不銹鋼、銀、銅等。將金屬絲或?qū)⒔饘俳z抽成纖維狀，與常用的紡織纖維進(jìn)行混紡;或者以金屬為芯，用常用紡織纖維進(jìn)行包覆制成包芯紗;又或者以其他紡織技術(shù)將金屬纖維與紡織纖維進(jìn)行結(jié)合制成的電磁屏蔽織物稱為金屬纖維電磁屏蔽織物[17]。利用金屬纖維的導(dǎo)電性，在織物的表面會形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來屏蔽電磁波[18]。金屬纖維與紡織纖維混紡電磁屏蔽織物和以金屬絲為芯，紡織纖維為包覆材料制成的包芯紗，再織成電磁屏蔽織物的電磁屏蔽效能分別如表1、表2所示。

還有研究者不僅僅通過簡單的以金屬絲為芯，紡織材料為包覆材料制備普通的包芯紗，而是利用其他纖維的特性制備了具有特殊性能的導(dǎo)電包芯紗。如趙亞茹等[32]以氨綸為芯絲、外包不銹鋼短纖維/棉混紡紗，制備了彈性不銹鋼短纖維/棉包覆氨綸紗，優(yōu)異的彈性能以及良好的導(dǎo)電性為彈性電磁屏蔽織物和傳感器領(lǐng)域提供了新的方向。

由于金屬纖維電磁屏蔽織物抗彎強度差、舒適性差、在制造過程中對機器有損害以及制備的屏蔽織物為屏蔽效果一般等問題，研究者們又開發(fā)出金屬鍍層電磁屏蔽織物。

2.1.2金屬鍍層電磁屏蔽織物

金屬鍍層電磁屏蔽織物是利用化學(xué)鍍、電沉積、磁控濺射等方法在紡織材料表面附著一層或多層金屬來獲得的金屬鍍層導(dǎo)電織物。金屬鍍層是目前應(yīng)用最為成熟且所得纖維兼具金屬和纖維特性的方法，部分鍍覆金屬的纖維已得到商業(yè)化應(yīng)用，如鍍銀尼龍纖維Xstatic、亨通鍍銀纖維等[33]?，F(xiàn)如今，常用化學(xué)鍍和磁控濺射技術(shù)將具有優(yōu)良導(dǎo)電性和可鍍性的銅、鎳、銀等金屬或其他合金鍍覆到織物上，以制備電磁屏蔽織物[34]。

化學(xué)鍍（又稱自催化鍍）是一種從溶液中沉積的非電解方法。含有組成待鍍金屬離子的鹽溶液在還原劑、絡(luò)合劑、緩沖劑和穩(wěn)定劑等的配合下在織物表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)以使金屬沉積到織物表面，以獲得金屬鍍層織物[35]。磁控濺射技術(shù)是指在特定的真空設(shè)備中，將設(shè)備的陰陽兩極通入高壓，形成電磁場。濺射氣體為氬氣，陰極一端放置濺射靶材，正對面為所需濺射的織物。由于電場作用，氬原子被電離，產(chǎn)生眾多Ar+和二次電子，電子向陽極運動，運動中依然會與氬氣碰撞，從而生成更多的Ar+和電子。當(dāng)Ar+加速轟擊靶材時，會濺射出大量中性的靶材原子或分子，沉積在織物表面經(jīng)吸附、擴散、聚集成膜[3637]。通常，單一金屬鍍層容易氧化或鍍層時易產(chǎn)生缺陷，復(fù)合金屬鍍層可以克服這些問題且屏蔽效能優(yōu)于單一金屬鍍層織物，如為了提高電磁屏蔽效果并防止銅的氧化，采用在鍍銅織物上再鍍鎳的復(fù)合鍍層方法。金屬鍍覆在織物上的電磁屏蔽效能如表3所示。

利用金屬的高導(dǎo)電性，開發(fā)了低成本且工藝成熟的電磁屏蔽織物。然而，金屬基電磁屏蔽織物也有無法避免的缺點如：密度高、柔韌性差、耐腐蝕性差、工藝相對復(fù)雜以及由于金屬的高導(dǎo)電性，屏蔽電磁波以反射為主，易造成二次污染[16]，導(dǎo)致金屬基電磁屏蔽織物在高端電子、航空航天等領(lǐng)域中的應(yīng)用和推廣受到了限制。密度小、柔韌性好、耐腐蝕性好、性能穩(wěn)定、成型能力好且以吸收電磁波為主的非金屬基電磁屏蔽織物成為研究者關(guān)注的熱點[5455]。

2.2非金屬基電磁屏蔽織物

2.2.1導(dǎo)電聚合物電磁屏蔽織物

導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電能力來源于聚合物中存在的導(dǎo)電高分子。從20世紀(jì)MacDiarmid首次合成摻雜的導(dǎo)電聚乙炔到隨后摻雜的導(dǎo)電聚苯胺（PANi）、聚吡咯（PPy）以及聚噻吩（PTh）等導(dǎo)電高分子聚合物陸續(xù)被人們發(fā)現(xiàn)[56]。從絕緣到類似金屬電導(dǎo)率的可調(diào)性、易加工性、重量輕和柔韌性等優(yōu)點，使得導(dǎo)電高分子聚合物用于涂覆各類織物表面，制備導(dǎo)電織物。一般來說，單一的導(dǎo)電高聚物涂覆到織物上制備的電磁屏蔽織物屏蔽效果并不好，如涂覆單一聚苯胺的電磁屏蔽織物屏蔽效能通常低于20 dB以下，難以達(dá)到商業(yè)化要求，而涂覆單一聚吡咯的電磁屏蔽織物屏蔽效能雖能夠達(dá)到10～40 dB，但相對于金屬基電磁屏蔽織物來說屏蔽效果并不理想，難以用于高端電子設(shè)備以及航空航天領(lǐng)域。

目前可采用以下3種方法來制備高性能導(dǎo)電高聚物電磁屏蔽織物。a）可采用在導(dǎo)電高聚物中加入合適的功能粒子，如氧化鋅，鐵氧體等。Wang等[57]將聚苯胺通過原位聚合法沉積到聚酰亞胺織物上，再以環(huán)氧樹脂為基體，油酸功能化納米鎳鐵氧化物為功能粒子，涂覆在聚苯胺/聚酰亞胺織物上，制備了功能化鎳鐵氧化物/聚苯胺/聚酰亞胺織物。在X波段內(nèi)，功能化鎳鐵氧化物/聚苯胺/聚酰亞胺織物電磁屏蔽效能最大值達(dá)到42.5 dB。b）可設(shè)法將沉積在織物表面的導(dǎo)電聚合物設(shè)計成特殊的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。通過特殊的物理幾何結(jié)構(gòu)，對電磁波進(jìn)行更加高效的屏蔽。Pan等[58]通過簡單的原位聚合法在仿麂皮布上沉積桑葚狀的聚苯胺簇，建立了類似三明治結(jié)構(gòu)的聚苯胺導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。在X波段內(nèi)，聚苯胺簇/仿麂皮布織物的電磁屏蔽效能為20～25.9 dB。獨特的異質(zhì)結(jié)構(gòu)—三明治結(jié)構(gòu)引起電磁波在屏蔽材料內(nèi)部發(fā)生多次反射和散射，對比涂覆單一聚苯胺織物，電磁屏蔽效能得到明顯的提高。c）可將導(dǎo)電高聚物與化學(xué)鍍法相結(jié)合，制備具有多層結(jié)構(gòu)的電磁屏蔽織物。多層結(jié)構(gòu)對電磁波有著更好的屏蔽作用的同時，部分導(dǎo)電高聚物與金屬鍍層具有協(xié)同作用，使得多層電磁屏織物具有令人滿意的電磁屏蔽效能。利用導(dǎo)電高聚物與化學(xué)鍍法制備的多層電磁屏蔽織物電磁屏蔽效能如表4所示。

2.2.2碳系材料在電磁屏蔽織物上的應(yīng)用

在電磁屏蔽材料中，碳納米纖維、碳納米管、石墨烯等碳系材料具有高比表面積、低密度、通用的可加工性和優(yōu)異的導(dǎo)電性，認(rèn)為是金屬材料的良好替代品[6364]。碳系材料能夠在織物上形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)或者成為導(dǎo)電填料填補由不同形狀的導(dǎo)電材料形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的空缺，從而形成更致密和更完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

碳納米具有極其優(yōu)異的導(dǎo)電性能和生物相容性，可直接涂覆到織物上。如周子瀅等[65]利用三浸三軋烘干的方式制備碳納米管分散液涂層雙羅紋織物。在0～3000 MHz頻段范圍內(nèi)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的碳納米管分散液涂層雙羅紋織物的電磁屏蔽效能為22～25.5 dB，經(jīng)水洗后仍有20 dB以上的屏蔽效能。通常，有序排列的碳納米管具有更好的穩(wěn)定性。Lan等[66]利用毛細(xì)血管驅(qū)動效應(yīng)在棉織物上層層組裝碳納米管，制備了具有軸向排列的碳納米管棉織物。定向的碳納米管體系結(jié)構(gòu)比無序狀態(tài)下的碳納米管結(jié)構(gòu)導(dǎo)電能力提高了81倍，在8.2～18 GHz頻段范圍內(nèi)，經(jīng)20次層層組裝的碳納米管棉織物的電磁屏蔽效能為20 dB以上，經(jīng)水洗后屏蔽效能變化不大。碳納米管也可與化學(xué)鍍法相結(jié)合，制備多層電磁屏蔽織物。Qi等[67]先將羧基功能化的多壁碳納米管負(fù)載到棉織物上，再化學(xué)鍍鎳磷合金，制備了鎳磷合金/多壁碳納米管/棉織物。在2～18 GHz頻段范圍內(nèi)，鎳磷合金/多壁碳納米管/棉復(fù)合織物的電磁屏蔽效能為35.5～40.2 dB。然而純碳納米管在基體中分散性差且高長徑比，使得在薄涂層中構(gòu)建有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)是一個巨大的挑戰(zhàn)為了增強由碳納米管形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的連接，一種有效的方法是引入導(dǎo)電聚合物來連接單個碳納米管。Zou等[68]在棉織物上涂覆碳納米管，再將聚苯胺沉積到涂覆有納米管的棉織物上，制備了聚苯胺/碳納米管/棉復(fù)合織物。在4～6 GHz頻率范圍內(nèi)，碳納米管/聚苯胺/棉織物的電磁屏蔽效能都達(dá)到了20 dB以上。聚苯胺包覆的碳納米管比純碳納米管有更好的分散性且使碳納米管變得有序構(gòu)建了高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

石墨烯及其衍生物是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ妮p質(zhì)電磁屏蔽材料，一方面，石墨烯的片狀結(jié)構(gòu)與其他材料的棒狀或球形結(jié)構(gòu)相比，更有利于增加電磁屏蔽織物的多次反射衰減;當(dāng)織物表面均勻地分散著高電導(dǎo)率的石墨烯時，石墨烯片層層緊密平行排列，通過面與面的接觸實現(xiàn)導(dǎo)電路徑，在織物上形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。另一方面，石墨烯具有納米尺度，納米級的石墨烯顆粒尺寸小，比表面積大，表面原子比例高，石墨烯通過界面極化和多次反射來吸收電磁波[6970]。一般情況下，需要進(jìn)一步修飾石墨烯納米片，再將石墨烯涂覆到織物表面，以獲得性能優(yōu)良的電磁屏蔽織物。Ghosh等[71]先用銀納米粒子修飾氧化石墨烯片，再用聚乙烯吡咯烷酮做黏合劑將氧化石墨烯/銀納米粒子片涂覆到織物上，制備了氧化石墨烯/銀/棉織物。在X波段內(nèi)，浸涂30次且涂層厚度僅為0.29 mm的氧化石墨烯/銀/棉織物的電磁屏蔽效能為25～30 dB。Wang等[72]先用巰丙基三乙氧基硅烷（MPTES）將石墨烯與棉織物進(jìn)行預(yù)處理，再以水性聚氨酯為基質(zhì)，修飾后的還原氧化石墨烯為功能粒子涂覆到預(yù)處理的棉織物上，制備了還原氧化石墨烯/水性聚氨酯/棉織物。在X波段內(nèi)，還原氧化石墨烯/水性聚氨酯/棉織物的電磁屏蔽效能為45～48.1 dB，SSEt值為25 dB·cm2/g，在下一代先進(jìn)智能可穿戴領(lǐng)域中具有潛在性應(yīng)用。石墨烯還可以與功能粒子結(jié)合以及構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)，利用兩者間的協(xié)同作用以實現(xiàn)更高效的電磁屏蔽作用。Gupta等[73]先通過原位溶膠凝膠法將氧化鋅涂覆到棉織物上，再噴涂氧化石墨烯后熱還原，制備了還原氧化石墨烯/氧化鋅/棉纖維。氧化鋅作為高介電材料，使得核殼結(jié)構(gòu)的還原氧化石墨烯/氧化鋅/棉纖維對電磁波具有高吸收性，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的還原氧化石墨烯/氧化鋅/棉織物的電磁屏蔽效能為55 dB左右。Zhai等[74]用聚多巴胺對玻璃纖維織物進(jìn)行改性，再通過浸漬方式將氧化石墨烯涂覆到改性玻璃纖維織物上后化學(xué)鍍鎳，制備了鎳/氧化石墨烯/玻璃纖維織物。在2～18 GHz頻段范圍內(nèi)，鎳/氧化石墨烯/玻璃纖維織物的電磁屏蔽效能為62～88 dB。氧化石墨烯和金屬納米粒子的協(xié)同效應(yīng)增強電磁波的屏蔽效果，鎳納米顆粒修飾的氧化石墨烯納米片可以作為傳輸電荷的載體，以隧穿更多的電子，鎳納米顆粒的數(shù)量增加，提高了電磁屏蔽效率。碳系材料可以在織物上建立或者填補高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，通過簡單涂覆或者將其充當(dāng)功能粒子又或者構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)等方式，使其在電磁屏蔽織物研制領(lǐng)域中創(chuàng)造更多的可能性。

2.3新型電磁屏蔽織物

近年來，一些新的材料被發(fā)現(xiàn)，并逐步地應(yīng)用于電磁屏蔽織物研制中。如二維早期過渡金屬碳化物/氮化物（MXene）、銀納米線（AgNW）以及用新型導(dǎo)電高聚物。

二維早期過渡金屬碳化物/氮化物（MXene）是通過從Max相中選擇性刻蝕A層而得到的，具有突出的金屬導(dǎo)電性（最大電導(dǎo)率高達(dá)10400 s/m）、高的表面積、良好的溶液加工性和低密度，使得MXene成為多功能潛在應(yīng)用的理想導(dǎo)電填料[7577]。此外，MXene還具有接近百分百的內(nèi)部光熱轉(zhuǎn)換效率和高導(dǎo)熱率。高耐熱性、殺菌能力等[7880]。正因為MXene有上述優(yōu)良的性質(zhì)，已有研究者將其應(yīng)用于電磁屏蔽織物中。Geng等[81]首先合成Ti3C2Tx膠體溶液（Ti3C2Tx是MXene中最常探索的一種[82]），再將Ti3C2Tx涂覆到棉織物上，制備了Ti3C2Tx涂層棉織物，在2～18 GHz頻段范圍內(nèi)，Ti3C2Tx涂層棉織物的電磁屏蔽效能為50 dB左右，SSEt為2969 dB·cm2/g，且顯示出了以吸收為主導(dǎo)的電磁屏蔽能力，可應(yīng)用于防護(hù)服、柔性智能可穿戴設(shè)備領(lǐng)域中。Liu等[80]同樣首先制備了Ti3C2Tx，再將Ti3C2Tx通過簡單地浸漬沉積到滌綸織物表面，制備了Ti3C2Tx涂層滌綸織物。在X波段內(nèi)，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.3%的MXene溶液中浸漬并獲得涂層厚度為340μm的Ti3C2Tx涂層滌綸織物屏蔽效能為40～45 dB，并表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)熱，抗菌以及防火性能，該研究為基于紡織品的可穿戴加熱器在下一代健康管理和保護(hù)中的實際應(yīng)用鋪平了道路。Wang等[83]通過聚吡咯對進(jìn)行Ti3C2Tx（MXene）片進(jìn)行改性后浸涂到滌綸織物上，制備了聚吡咯/Ti3C2Tx（MXene）/滌綸織物。聚吡咯有效地提高了MXene片的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，在X波段內(nèi)單層聚吡咯/Ti3C2Tx（MXene）/滌綸織物的電磁屏蔽效能為42 dB左右，三層為90 dB左右。聚吡咯/Ti3C2Tx（MXene）/滌綸織物還具有良好的導(dǎo)熱性能，非常有希望用于可穿戴智能服裝、柔性電子產(chǎn)品、電磁干擾屏蔽服裝和個人加熱系統(tǒng)。

銀納米線（AgNW）具有高的縱橫比，優(yōu)異的導(dǎo)電性和彼此之間低的接觸電阻，因此研究者們選擇銀納米線作為導(dǎo)電納米材料構(gòu)建高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來制備電磁屏蔽織物。Jia等[84]將銀納米線沉積到滌綸與氨綸混紡織物上，再通過浸涂由碳納米管、亞微米級聚四氟乙烯以及氟丙烯酸聚合物構(gòu)成的超疏水分散液（CPC），得到CPC/銀納米線/滌綸氨綸混紡織物。在X波段內(nèi)具有51.5 dB左右的電磁屏蔽效能，且涂覆的CPC超疏水涂層以及優(yōu)異的抗拉伸性能使得織物在長期極端條件下依舊保持性能的穩(wěn)定。Jia等[85]以無紡碳纖維布為基底，銀納米線為導(dǎo)電元件，再通過聚氨酯層進(jìn)一步整合，制備了聚氨酯/銀納米線/碳纖維織物。在X波段內(nèi)，聚氨酯/銀納米線/碳纖維織物的電磁屏蔽效能在100 dB以上，且具有優(yōu)異的機械牢度和化學(xué)耐久性，使得在惡劣的條件下也能應(yīng)用于高精度敏感電子設(shè)備中。Liu等[86]以銀納米線作為骨架，MXene納米片作為薄層，構(gòu)成了仿生葉狀絲織物，再涂覆十三氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）疏水劑，制備了超疏水電磁屏蔽織物。MXene有效地增強了銀納米線與基底織物的界面結(jié)合，有效的優(yōu)化導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使得在X波段內(nèi)，涂層厚度為120μm的電磁屏蔽織物的屏蔽效能為54 dB，涂層厚度為480μm的屏蔽效能為90 dB。

低分子量聚乙二醇處理的導(dǎo)電聚合物聚3，4亞乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS）懸浮液具有良好的分散性、化學(xué)電化學(xué)可行性、優(yōu)異的機械性能以及高導(dǎo)電性，使其成為新型導(dǎo)電高聚物也應(yīng)用到電磁屏蔽織物中。Ghosh等[87]用低分子量聚乙二醇處理的聚3，4亞乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS）懸浮液浸涂棉織物，制備了導(dǎo)電棉織物。在X波段范圍內(nèi)，循環(huán)浸涂20次的導(dǎo)電棉織物具有45 dB左右的屏蔽效能;循環(huán)浸涂30次后，導(dǎo)電棉織物的屏蔽效能為65 dB左右。Ghosh等[88]利用低分子量的聚乙二醇處理聚3，4亞乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS）懸浮液中加入氧化石墨烯后涂覆到在羊毛/尼龍織物上，制備具有獨特3D架構(gòu)的電磁屏蔽織物。在X波段內(nèi)，獨特的3D架構(gòu)的電磁屏蔽織物具有70 dB以上的屏蔽效能。新型電磁屏蔽織物的開發(fā)拓寬了電磁屏蔽材料研究領(lǐng)域，為其他研究者們提供了新的方向。目前來看，為了使電磁屏蔽織物在智能可穿戴、柔性高端電子設(shè)備以及航空航天領(lǐng)域中有潛在性的應(yīng)用。新型的電磁屏蔽織物不僅僅需要優(yōu)異電磁屏蔽效能，更加需要電磁屏蔽織物具有其他突出的性能如良好的物理機械性能、導(dǎo)熱性、耐化學(xué)腐蝕性、疏水性等。

3結(jié)論與展望

本文通過介紹電磁屏蔽織物的分類的同時敘述了其相關(guān)的研究進(jìn)展。隨著對電磁波與屏蔽理論研究的不斷深入以及電磁屏蔽織物在實際應(yīng)用中的局限性，早期金屬基電磁屏蔽織物雖然能夠滿足一般情況下電磁屏蔽的需求，但是金屬密度大，機械靈活性差、低混合能力、易腐蝕等缺陷;在導(dǎo)電聚合物被發(fā)現(xiàn)后，研究者們又開發(fā)了導(dǎo)電聚合物電磁屏蔽織物。由于導(dǎo)電聚合物易被涂覆到織物上、密度小，成型性好等優(yōu)點，受到了廣泛的關(guān)注。然而沉積在織物表面的導(dǎo)電高聚物易脫落、高性能導(dǎo)電高聚物電磁屏蔽織物成本高，制備復(fù)雜限制了其商用化、還有就是導(dǎo)電高聚物大多具有顏色，限制了其應(yīng)用等。碳系材料更多作為功能粒子，通過協(xié)同作用優(yōu)化織物表面的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。至于新型電磁屏蔽織物，MXene材料、銀納米線等，其合成困難、成本高、理論尚不明確等問題需要研究者進(jìn)一步進(jìn)行探索?？v觀電磁屏蔽織物的發(fā)展過程，不斷優(yōu)化改進(jìn)現(xiàn)有的成果，不斷嘗試新興材料在電磁屏蔽織物上的應(yīng)用。未來，理想的電磁屏蔽織物應(yīng)具有對電磁波低反射高吸收的特性、令人滿意的電磁屏蔽效能、以及卓越的理化性能。非金屬基電磁屏蔽織物以及碳系材料應(yīng)該更加受到研究者們的關(guān)注;MXene、銀納米線、新的導(dǎo)電高聚物以及其他新興材料在電磁屏蔽織物上的應(yīng)用值得更多研究者探索;將實驗室制備的高性能電磁屏蔽織物與產(chǎn)業(yè)化商業(yè)化相結(jié)合是永恒不變的主題。

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收稿日期：20210620網(wǎng)絡(luò)出版日期：20210826

基金項目：天津市自然科學(xué)基金重點項目（18JCZDJC99900）;中國博士后科學(xué)基金面上項目（2019M661030）

作者簡介：計瑜（1995-），男，安徽蕪湖人，碩士研究生，主要從事電磁防護(hù)紡織品方面的研究。

通信作者：侯碩，Email： hou_shuo@cgnpc.cn