长期暴露在来自手机和其他通信技术的电磁波（EMWs）中，会威胁到人类健康。然而，电磁干扰（EMI）也可能导致对电气仪器的损害，医疗器械也可能由于电磁干扰而发生故障。各种导电材料，包括导电金属如银、铜、铝和黄铜，以及导磁金属如镍和钴、碳基材料和新兴的二维材料，已广泛应用于EMI屏蔽应用。
本文采用镍磷荧光粉（Ni-P）镀膜技术制备了金属化尼龙6 NWs，用于电磁屏蔽、电热、光热和抗菌应用。敏化和活化的NWs在化学镀镍中沉积不同的时间。在化学电镀过程中，沉积量从1 min增加到8 min。随后，Ni-P粒子的沉淀速率降低，NWs的涂层表面也变得不均匀。表面形貌和元素分析图谱表明，Ni-P颗粒均匀地沉积在Ni-P/NWs表面。结果表明，在屏蔽效果为55.4 dB，比屏蔽效果为490.27dB.cm3.g−1时，8 min无化学电镀的样品是最佳样品。与其他制备的样品相比，最佳样品具有最佳的电热应用，平均最高温度为133.5℃，并相对保存了织物的必要性能。这种最佳织物的光热性能，在800 mW/cm2中达到平均最高温度77.9℃。最佳样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果显著，在光照射下分别达到62.70 ± 0.20和88.30 ± 1.30 %。
图1.Ni-P/NW-x织物的物理性能。
Ni-P/NW-x样品的增重百分比如图1 (a)所示，Ni-P/NW-1（28.14 ± 0.27 wt%）至Ni-P/NW-8（44.10 ± 2.11 wt%）的重量增加，镍装载比例增加，然后Ni-P/NW-14样品降低（36.93 ± 0.58 wt%），最大厚度与Ni-P/NW-1样品（3.04 ± 0.09 mm）有关，其他样品的厚度较低。图1(b)显示了整齐的NW和Ni-P/NW-x试样的体积密度和空气渗透性，最低体积密度值对应Ni-P/NW-1样品为0.084 g/cm3，最高体积密度值对应Ni-P/NW-8样品为0.113 g/cm3。在非化学过程中，随着时间的增加，从Ni-P/NW-1样品到Ni-P/NW-8样品的体积密度的增加而增加。（图1）。
图2.Ni-P/NW-x样品在不同化学时间的FESEM图像
涂层中Ni-P颗粒的浓度从Ni-P/NW-1增加到Ni-P/NW-8样品。化学电镀时间越长，Ni-P颗粒的沉积量就越少。只有样品表面的封闭部分被薄层的Ni-P颗粒覆盖，部分仍可见基底。在某些区域，Ni-P颗粒形成了小的聚集体。Ni-P颗粒几乎不对称、不均匀，少数颗粒接近球形，被基底吸附的Ni-P粒子连接起来，在基底表面近似形成均匀的层（图2）。
图3. 各种Ni-P/NW-x样品的FESEM图像和EDS光谱。
图3检测了衬底中C、N、O元素的重量和原子百分比，以及镀层中镍（Ni）、磷(P)元素的重量和原子百分比。计算了所有Ni-P/NW-x样品中的镍/磷重量百分比。从Ni-P/NW-1到Ni-P/NW-8样品，镍的重量百分比分别从62.29 wt%增加到87.62 wt%。在Ni-P/NW-8样品中，几乎90 wt%的衬底表面含有镍和磷，与其他样品相比，磷含量最低（图3）。
图4.Ni-P/NW-x的电磁干扰屏蔽性能。
为了显示优异的导电性性能，如图4所示，采用最佳样品NiP/NW-8作为导电导线，在4V电压下实现直流闭路，点亮16个LED小灯泡。通过打开开关，电流流动，电路中的小灯泡被点亮。总的来说，Ni-P/NW-8样品具有良好的导电性，并且在各种电气工程应用中也具有良好的建立有效桥梁的潜力。此外，由于样品表面的涂层厚度较低，通过少量的镍颗粒可以获得高水平的EMI屏蔽，Ni-P/NW-x织物比纯NW织物具有相对较高的EMI SE。（图4）。
图5.Ni-P/NW-x织物的电热性能。
从图中可以看出，所有样品的温度都随所施加电压的升高而升高。Ni-P/ NW-x样品在Ni-P/N电压下的温度随时间的增加而迅速升高，并达到平衡值。图5(b)显示了Ni-P/NW-8样品在不同电压下的电热性能。样品的温度随所施加电压的升高而升高。利用实时红外热摄像机监测Ni-P/NW-8样品的温度分布。图5(d)显示了Ni-P/NW-8样品在5V工作电压下的红外图像，表明电场产生的热能在Ni-P/NW-8样品中分布几乎均匀（图5）。
图6.Ni-P/NW-x织物的光热性能。
光热试验在两种模式下进行：不同强度分别为600、700和800mW/cm2（图6 (a)），功率周期性为600 mW/cm2，重复12个循环（图6 (b)）。在100 s内达到平衡和最大状态。300 s后，Ni-P/NW-8-8织物保持稳定，切断UV源，样品温度在300 s内恢复到初始温度。随着光功率强度的提高，Ni-P/NW-8试样的表面温度显著升高，达到最大稳态值。因此，Ni-P/NW-8样品的平均温度分别为40.9、53.4和57.1℃。还研究了Ni-P/NW-8对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的光热抗菌性能。图6(c)显示了Ni-P/NW-8在不同条件下的抗菌效率。大肠杆菌与镍颗粒的接触改变了膜的形态，其渗透性增加，影响了通过质膜的适当运输。因此，细菌细胞不能正常调节通过质膜的运输，导致细菌死亡。因此，镍颗粒已经穿透了细菌内部，会破坏DNA等化合物，导致蛋白质变形（图6）。
在本研究中，采用非化学镀镍法成功制备了不同的镀镍时间，包括x = 1、2、4、8、14和20 min，用于高效屏蔽、电热、光热和抗菌应用。通过表征实验，FESEM图像和元素分析图的表面形貌结果表明，Ni-P/NW-8样品中的Ni-P颗粒比其他样品更均匀、更密集。在抗菌试验中，Ni-P/NW-8对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有显著的光热抑菌效果，分别达到62.70 ± 0.20和88.30 ± 1.30。此外，该样品具有良好的耐久性，在60 min后仅减轻2.16 %。因此，柔性和轻量化的Ni-P/ NW可用于寒冷的天气，并表现出良好的SE、电热和光热抗菌性能。
近期，该研究成果以“Flexible and lightweight metalized polyamide nonwoven for electromagnetic interference shielding, electrothermal, photothermal, and antibacterial applications”为题发表于学术期刊《Chemical Engineering Journal》，论文第一作者为Ehsan Khajeh，通讯作者为伊斯法罕理工大学Komeil Nasouri。
撰稿人：张晓静
审稿人：王 晟
论文全文链接
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158203
抗菌抗污材料前沿
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