纤维素与碳化钛气凝胶实现电磁屏蔽红外隐身一体化

随着电子设备、无线通信系统及红外探测技术的不断迭代，能够同时管理电磁辐射与热信号的材料正受到业界广泛关注。传统导电材料通常只能单独提供电磁干扰（EMI）屏蔽或红外伪装功能，而将多重防御功能集成到轻量化且可扩展的材料中，仍是当前行业面临的一大挑战。

变废为宝：MXene沉淀物的高值化利用

在一项Zui新研究中，科研团队开发了一种纤维素/MXene 沉积气凝胶，在单一多孔结构中集成了电磁屏蔽、红外隐身和焦耳加热功能。与传统依赖冷冻干燥或超临界干燥的工艺不同，该团队采用了常压干燥工艺，提供更简单且潜在更具可扩展性的制造路径。

该研究的核心在于 MXene 沉淀物——这通常是 MXene 剥离过程中产生的副产物。尽管高质量剥离的 MXene 纳米片已被广泛研究，但离心后剩余的沉淀物往往被低估，尽管其中含有层状 MXene 和残留导电相。研究人员利用这种 MXene 沉淀物与 TEMPO 氧化纤维素纳米纤维（TOCNF）构建了轻质气凝胶骨架。

技术突破：常压干燥下的结构稳定策略

常压干燥的关键难点在于防止溶剂蒸发过程中的孔隙坍塌。干燥过程中产生的强大毛细管力经常破坏纳米纤维素气凝胶的多孔架构，严重损害其功能性能。为解决这一问题，团队引入了一种涉及氢键和 Zr4+ 离子配位的双重交联策略。研究表明，Zr4+ 离子的高电荷密度和多齿配位能力增强了孔壁，使结构能够承受干燥过程中的毛细管应力。此外，还使用乙醇置换来降低溶剂表面张力，进一步抑制结构坍塌。

Zui终制得的气凝胶保留了高度多孔的结构，孔隙率达 91.8%，比表面积为 68.6 m2 g-1。微观表征证实了互联孔道与均匀分布的含 MXene 导电网络的存在。这种多孔结构不仅有助于减重和隔热，还通过内部多次反射和吸收过程实现了电磁波衰减。

随着 MXene 沉淀物负载量的增加，电导率提升，从而实现了强大的电磁干扰屏蔽性能。优化后的 TMS75 气凝胶在 X 波段实现了 73.2 dB 的屏蔽效能，在 C 波段和 Ku 波段分别保持了 63.2 dB 和 86.6 dB 的屏蔽值。研究人员指出，由于 MXene 网络的高电导率，屏蔽机制主要以反射为主，而多孔结构通过多次散射和极化效应贡献了额外的吸收损耗。

多功能集成：从红外隐身到低电压加热

除了电磁屏蔽，该气凝胶还表现出显著的红外隐身能力。高导电材料通常具有低红外发射率，从而降低可探测的热辐射。当放置在 95 °C 的热表面上时，TMS75 气凝胶在三分钟后表面温度仅维持在 43.9 °C，显著抑制了底层热源的红外观测特征。红外成像实验进一步显示，该气凝胶能有效隐藏人手的热信号。低红外发射率与低热导率的结合使材料能同时减少热辐射和热传递。

导电的 MXene 网络还实现了高效的焦耳加热性能。在仅 2.5 V 电压下，气凝胶在 40 秒内达到 106.8 °C。在重复循环测试中保持了稳定的加热行为，并展示了有效的低电压除冰能力，能在电刺激下将 -20 °C 的冰转化为水。作者建议，这种低电压电热行为可能适用于热管理和环境适应性应用。

通过将生物质衍生的纳米纤维素与未充分利用的 MXene 沉淀物结合，并通过可扩展的干燥策略，该研究展示了一种多功能气凝胶平台，将电磁防护、红外伪装和热响应集成在单一轻质结构中。这项工作也突显了将 MXene 加工副产物转化为高值功能材料的更广泛途径。

这一突破对于中国新材料产业具有启示意义：国内企业在纳米材料规模化制备及副产物循环利用方面具备制造优势，若能借鉴此类“变废为宝”的多功能集成思路，有望在高端防护材料及智能热管理领域抢占技术高地，推动从单一性能材料向复合功能材料的产业升级。