如今随着5G信息时代的快速发展，电磁波带来便利的同时也会对电子设备、人体健康等方面造成一定的损害，这使得人们对于电磁屏蔽材料的需求和要求激增。传统电磁屏蔽材料仅具有恒定的电磁屏蔽效能，难以应用于信号传输与电磁干扰屏蔽切换的场景。因此开发屏蔽状态可调的动态电磁屏蔽材料，同时兼具超薄、低成本、宽幅调节能力和良好的循环稳定性等特性，是目前电磁屏蔽材料发展的重要方向。

近日，北京化工大学于中振教授、张好斌教授团队提出通过油墨直写MXene凝胶墨水打印栅格结构，利用其各向异性的结构特点从而实现动态电磁屏蔽，还通过油墨直写打印制备高精度精美涂层用于图案化焦耳热。其中，MXene墨水的凝胶化是通过加入微量去甲肾上腺素（NE）实现的。得益于油墨直写打印的可设计性和高精确度以及MXene凝胶墨水本身优异的性质，MXene栅格展示出0.5-28.0 dB的宽频屏蔽效果，在on模式下有高达95688.5 dB cm² g^-1的比电磁屏蔽值，在超薄厚度的前提下实现高效电磁屏蔽。此外，MXene栅格还表现了出色的焦耳热性能。结合灵活打印制备的精美图案，MXene涂层可用于图案化焦耳热。这使得MXene涂层在电磁波屏蔽与调控、精确化加热和高级热管理等方面都展现出良好的应用前景。

图1 (a) MXene/NE凝胶墨水的制备。(b)油墨直写打印墨水制备精美的栅格和图案。(c)MXene多功能涂层用于动态电磁屏蔽和图案化焦耳热。

图2 (a)纯MXene墨水（50 mgmL^-1）和MXene/NE墨水（20 mgmL^-1）宏观流变性能比较的数码照片。纯MXene墨水和MXene/NE墨水的(b)XRD谱图和(c)红外光谱。(d)MXene/NE墨水XPS的N 1s谱图。(e)纯MXene墨水、MXene/NE墨水和NE溶液的zeta电位。(f)纯MXene墨水和MXene/NE墨水的DLS测试。(g)MXene/NE体系的纳米片组装体的TEM图像。(h) MXene/NE体系的纳米片组装体的HAADF图像和(i)EDSmapping图像。

图3纯MXene墨水和MXene/NE墨水的(a)粘度随剪切速率变化曲线，(b)剪切变稀测试，(c)模量随频率变化曲线。(d)在玻璃基底上精确打印的精美图案的数码照片。(e)在PI、PP、纸基和PA基底上打印MXene/NE栅格的数码照片。(f) MXene栅格在不同基底上的良好粘附性和柔性展示。PI基底上涂层的(g)俯视SEM图像和(h)横切面图像。(i)MXene/NE墨水与之前文献报道中墨水的导电率和固含量的对比。

图4 (a)栅格实现动态电磁屏蔽的主要原理。(b)在0°和90°下的不同间距MXene栅格的电磁屏蔽效能。(c)不同打印层数MXene栅格的厚度和导电率。不同打印层数栅格在0°和90°下的(d)电磁屏蔽效能和(e)屏蔽电磁波的能量。(f)打印层数为五层的栅格分别在0°、30°、60°和90°下的电磁屏蔽效能。(g)五层栅格在0-180°下总电磁屏蔽效能、反射电磁屏蔽效能和吸收电磁屏蔽效能。(h)五层栅格在0-180°下反射和吸收电磁波能量。

图5 (a)MXene栅格的电磁屏蔽效能循环曲线。(b)MXene栅格（PI基底）在弯折1500次前后电磁屏蔽效能的对比。(c)单根花丝在8.2-40.0 GHz的宽频屏蔽(d)MXene栅格与其他文献报道的MXene基、碳基气凝胶和MXene基薄膜的比屏蔽值对比。

图6 (a)MXene栅格用于焦耳热的模型图。(b)红外相机拍摄的MXene栅格数码照片。(c)MXene栅格在不同电压下的温度-时间曲线。(d)MXene栅格在0-5 V电压下逐步升降对应温度-时间曲线。(e)MXene栅格在0V和5V之间的循环加热曲线。(f)MXene栅格在5V下长时间加热的温度-时间曲线。(g-i)油墨直写打印MXene精美图案用于图案化焦耳热。

论文第一作者是北京化工大学材料科学与工程学院硕士生姜沛竺，共同通讯作者为北京化工大学材料科学与工程学院于中振教授、张好斌教授和闵芃博士后。

于中振教授现为北京化工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师、先进功能高分子复合材料北京市重点实验室主任，从事复合材料加工、高性能化和功能化研究，包括：聚合物纳米复合材料、增强与增韧、导电与导热、电磁屏蔽与吸波、能源与环境杂化材料、光热转化复合材料与能量存储利用等。出版一部学术专著“Polymer Nanocomposites - Towards Multi-functionality”、一部编辑著作“Polymer Nanocomposites”、五篇著作章节；发表学术期刊论文330余篇，被引用27300余次。获得中国化学会青年化学奖 (1999)、教育部新世纪优秀人才 (2008)、国家杰出青年科学基金 (2011)、中国化学会高分子科学创新论文奖 (2015)、科睿唯安全球高被引用学者 (2021、2022)。兼任中国复合材料学会常务理事、中国复合材料学会矿物复合材料专业委员会副主任委员、中国机械工程学会材料分会委员，以及ACS Applied Materials & Interfaces (ACS)、Composites Science and Technology (Elsevier)、Composites Communications (Elsevier)、Nano Materials Science (Elsevier)等期刊编委。

张好斌，北京化工大学教授/博导，国家优秀青年科学基金获得者。长期从事二维纳米材料制备与功能化方法、聚合物电磁功能纳米复合材料研究。在Adv Mater，Angew Chem Int Ed，Nano Lett，Adv Funct Mater和ACS Nano等国际知名学术期刊发表SCI研究论文90余篇，相关成果被包括Science、Nat Rev Mater、Chem Soc Rev等期刊重点引用和积极评价，总引用13000余次，其中22篇论文入选ESI 高被引（9篇热点论文），中国发明专利15项（10项授权）。承担包括国家基金委优秀青年科学基金项目、面上项目（3项）等项目10余项，获浙江省自然科学二等奖（R4）和宁波市科学技术奖一等奖（R4）。兼聘中国材料研究学会青年工作委员会理事会理事、中国复合材料学会导热复合材料专业委员会委员、中国化工学会化工新材料专业委员、《物理化学学报》及Wiley出版社InfoMat杂志青年编委。

闵芃，北京化工大学师资博士后，主要参与基于石墨烯、MXene的二维纳米材料/聚合物复合材料的结构设计与构筑及其在电磁屏蔽、相变储能等领域的研究工作，在Adv Funct Mater, Nano Res, Carbon等期刊发表论文29篇，SCI他引2000余次，主持国家自然科学基金青年项目及中国博士后基金面上项目。

Jiang P-Z, Deng Z, Min P, et al. Direct ink writing of multifunctional gratings with gel-like MXene/norepinephrine ink for dynamic electromagnetic interference shielding and patterned Joule heating. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-023-6044-9.