伊斯法罕理工大学 Komeil Nasouri 教授CEJ：柔韧轻便的金属化聚酰胺无纺布用于电磁干扰屏蔽、电热、光热和抗菌

第一作者：Ehsan Khajeh

通讯作者：Komeil Nasouri

通讯单位：伊斯法罕理工大学

研究速览：

多功能无纺布 （NWs） 具有多种主要用途，在全球范围内的采用正在增加。在本文中，使用镍荧光粉 （Ni-P） 镀层制备了金属化尼龙 6 NWs，用于电磁屏蔽、电热、光热和抗菌应用。敏化和活化的 NWs 沉积在化学镀镍层中，沉积时间不同。化学镀过程中的沉积量从 1 分钟增加到 8 分钟。之后，Ni-P 颗粒的析出速率降低，NWs 的涂层表面也变得不均匀。表面形貌和元素分析映射表明，Ni-P 颗粒均匀沉积在 Ni-P/NWs 表面，化学镀 8 min。结果表明，在屏蔽效果为 55.4 dB，比屏蔽效果为 490.27 dB.cm³.g^-1 的情况下，化学镀 8 min 的样品是最佳和最佳使用样品。此外，与其他制备的样品相比，最佳样品具有最好的电热应用，在 5 V 时平均最高温度为 133.5 °C，并且相对保留了织物的必要特性。此外，这种光热性能最佳织物在 800 mW/cm² 中达到 77.9 °C 的平均最高温度。最佳样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出显著的抗菌效率，在光照射下分别达到 62.70 ± 0.20 和 88.30 ± 1.30 %。结果表明，具有较好耐洗性的最佳样品在寒冷环境中表现良好，并表现出优异的屏蔽、电热和光热性能，可用作轻质电加热和屏蔽织物。

要点分析：

要点一：柔性和轻质的镍金属化无纺布是通过化学沉积法生产的。    

大量研究和调查已经确定，使用纺织品是一种有益的屏蔽方法。纺织品优于金属，因为它们具有柔韧性、轻质、透气和舒适。织物表面的金属涂层可以满足屏蔽要求，同时仍然具有可穿戴性。金属化纺织品提供有效的屏蔽并具有良好的可穿戴性能。多年来，人们使用了各种涂层方法。主要技术包括电镀、磁控溅射、真空沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶涂层、电解沉积、热喷涂和化学镀。在这些技术中，化学沉积因其成本效益高、工艺简单、层形成耐用以及控制标签在非导电织物表面上的均匀沉积而受到青睐。镍因其良好的抗氧化性和耐腐蚀性、低成本和可用性而常用于化学镀。

要点二：最高屏蔽为 55.4 dB，相应的堆积密度为 0.113 g/cm³。

在 EMI 屏蔽测试中，随着 Ni-P/NW-1 样品 （8.7 ± 0.9 dB） 到 Ni-P/NW-8 样品 （55.4 ± 1.9 dB） 的化学镀时间增加，Ni-P/NW-x 样品的 EMI SE 值逐渐增强。无纺布中孔隙和孔隙率的封闭降低了试样的透气性。长时间的化学镀（14 和 20 分钟）导致镍颗粒相互过度积累，使一些颗粒与基材的结合较弱，从而导致在样品的最终冲洗过程中从基材表面脱落。镍颗粒彼此之间具有相对较强的结合力，去除弱结合的颗粒也会使其他一些颗粒从基材的表面和孔隙中脱落。因此，样品的透气性增加。如图 2（b） 所示，最低堆积密度值对应于 0.084 g/cm³ 的 Ni-P/NW-1 样品，最高堆积密度值对应于 0.113 g/cm³ 的 Ni-P/NW-8 样品。

要点三：优化后的无纺布表现出优异的电热、光热和抗菌性能。

在电热试验中，试样的平均最高温度在 4.0 V 时从 40.0 °C （Ni-P/NW-1） 增加到 104.6 °C （Ni-P/NW-8）。对于 Ni-P/NW-14 和 Ni-P/NW-20 样品，它们的平均最高温度降低，分别达到 65.4 °C 和 92.0 °C。在平衡状态下，Ni-P/NW-8 样品在电压为 2、3、4 和 5 V时的平均最高温度分别为 39.6、66.5、104.6 和 133.5 °C。电压越高，升温速度越快。Ni-P/NW-8 的循环焦耳热特性连续重复 12 次循环不间断。Ni-P/NW-8 织物在电压分别为 2、3 和 5 V时的平均最高温度分别为 40.0、68.5 和 121.5 °C。此外，Ni-P/NW-8 样品的传热系数非常出色，有助于更轻松地将电热传递到环境中。在光热测试中，Ni-P/NW-8 样品在强度分别为 600、700 和 800 mW/cm时²的平均峰值表面温度达到 49.9、72.2 和 77.9 °C。在循环光热中，Ni-P/NW-8 样品的稳定性是可以接受的。在强度为 600 mW/cm²时，所有循环的平均最高温度约为 49.1 °C。通常，光热和电热性能中的试样温度是可控的。因此，Ni-P/NW-8 样品有可能用作可穿戴甚至可贴肤的加热器。有趣的是，在抗菌性能方面，在光照 20 分钟后，Ni-P/NW-8 显示出对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的相当大的抗菌效率，分别达到 62.70% 和 88.30%。    

要点四：最佳样品具有良好的洗涤耐久性，60 分钟后重量仅损失 2.16%。

此外，Ni-P/NW-8 样品具有良好的耐洗性，60 分钟后重量仅损失 2.16%。在此持续时间内，该样品的平均最高温度等于 94.8 °C。

图文导读

图 1.导电无纺布的一般示意图及其应用。

图 2.（a） 厚度 （mm） 和负载 （wt.%） 随各种 Ni-P/NW 样品的变化，以及 （b） 纯 NW 和 Ni-P/NW-x 样品在不同化学沉降时间的堆积密度 （g/cm³） 和透气性 （mL/s.cm²）。

图 3.Ni-P/NW-x 样品在不同化学沉降时间的 FESEM 图像：（a）、（b） 和 （c） Ni-P/NW-1，（d）、（e） 和 （f） Ni-P/NW-2，（g）、（h） 和 （i） Ni-P/NW-4，（j）、（k） 和 （l） Ni-P/NW-8，（m）、（n） 和 （o） Ni-P/NW-14，以及 （p）、（q） 和 （r） Ni-P/NW-20。

图 4.各种 Ni-P/NW-x 样品的 FESEM 图像（左）和 EDS 光谱（右）：（a） Ni-P/NW-1、（b） Ni-P/NW-2、（c） Ni-P/NW-4、（d） Ni-P/NW-8、（e） Ni-P/NW14 和 （f） Ni-P/NW-20;（g） 各种元素的 Ni-P/NW-8 样品的 EDS 图。

图 5.具有不同镍化学沉降时间的各种 Ni-P/NW-x 样品的 XRD 图谱。

结论

在这项研究中，通过化学镀镍方法成功制造了具有不同电镀时间的 Ni-P/NW-x 样品，包括 x = 1、2、4、8、14 和 20 分钟，用于高效屏蔽、电热、光热和抗菌应用。根据表征实验，FESEM 图像中的表面形貌和元素分析映射结果表明，Ni-P/NW-8 样品中的 Ni-P 颗粒比其他制备样品更均匀、更密集地沉积在 NW 织物表面。此外，所有样品中 Ni 颗粒的重量百分比都远高于 P 颗粒。考虑到 Ni-P 沉积量和 Ni-P/NW-8 织物中与其他样品相比更高的负载速率，将其选为最佳样品。根据已完成的研究和测试，除透气性和厚度外，在化学镀样品中，除透气性和厚度外，所有研究参数都没有得到超过 Ni-P/NW-8 的改进。换句话说，通过保持织物的必要特性，Ni-P/NW-8 样品是 EMI SE 和电热应用中的最佳选择样品。Ni-P/NW-8 样品显示出 55.4 dB 的高 SE 和 490.27 dB.cm³.g^-1 的高比 SE。Ni-P/NW-8 织物在电热和光热性能方面的平均最高温度在 5 V 下约为 133.5 °C，在 800 mW/cm² 下约为 77.9 °C。在抗菌试验中，Ni-P/NW-8 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出显著的光热抗菌效率，分别达到 62.70 ± 0.20 和 88.30 ± 1.30。此外，该样品具有出色的耐用性，60 分钟后重量仅损失 2.16%。因此，柔韧轻便的 Ni-P/NW 可以在寒冷的天气中使用，并表现出出色的 SE、电热和光热抗菌性能。    

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158203

参考文献：Flexible and lightweight metalized polyamide nonwoven for electromagnetic interference shielding, electrothermal, photothermal, and antibacterial applications. Ehsan Khajeh, Komeil Nasouri, Gholamreza Askari, Mansoor Mandegari. Chemical Engineering Journal.2024, DOI: 10.1016/j.cej.2024.158203.

投稿联系：kangjunkejiquan@163.com.

欢迎各位抗菌同仁进群交流（抗菌科技圈）！由于群人数已满200，各位业界同仁可以添加小编微信（wei315317或xb_15273285712）邀请进群。