电子技术的快速发展不仅带来了显著的性能提升，也带来了诸多挑战，其中最突出的是过量的热量产生和电磁（EM）辐射污染[[1], [2], [3]]。在密集集成的设备中积累的热量会导致运行稳定性和使用寿命显著下降，而不受控制的EM辐射会干扰电子功能，并对人类健康构成潜在风险[4]。这些挑战迫切需要能够高效散热和屏蔽电磁干扰（EMI）的多功能材料[5,6]。
传统的EMI屏蔽策略通常涉及将EM波转化为热能的化合物[7]。然而，这种转化会加剧热量积聚，因此需要同时具有高电导率和高热导率的屏蔽材料来有效散热[8]。虽然金属具有优异的屏蔽性能，但其重量大、易腐蚀和加工难度高等缺点限制了其广泛应用[9]。相比之下，聚合物由于其轻质、化学稳定性好、易于制备和成本效益高而成为理想的选择[10]。然而，大多数聚合物的热导率较低（<0.5 W/m·K），主要是由于其非晶态链结构阻碍了声子传输[11]。
为了克服这一限制，人们将各种导热填料（如氮化硼（BN）[12]、氮化铝（AlN）[13]、二氧化硅（SiO?）[14]、二氧化钛（TiO?）[15]、氧化镁（MgO）[16]、石墨烯[17]和碳基[18]纳米材料）引入聚合物基体中以形成复合材料。这些填料通过促进声子或电子热传输来弥补热导率的不足[19]。然而，在电绝缘聚合物（如环氧树脂）中实现有效的EMI屏蔽存在一个权衡：虽然电导率可以提高EMI屏蔽效果，但过高的电导率可能会损害对设备安全至关重要的绝缘性能[20]。Kim等人[21]通过将MgO嵌入到中空的TiO?微球中，开发出了具有双重热传导路径的H-TiO?/MgO/环氧复合材料。由于这种填料与环氧树脂之间的协同结构和强界面结合，复合材料的热导率达到了7.52 W/m·K，EMI屏蔽效果达到了64.92 dB，同时保持了优异的绝缘性能。这些特性使它们成为电子领域热管理和EM波控制的理想选择。
为了解决这一难题，研究转向了结合导电性和介电/磁性特性的混合纳米填料[22]。其中，MXenes（一类二维过渡金属碳化物/氮化物）因其金属导电性、亲水表面和可调化学性质而受到广泛关注[[23], [24], [25]]。虽然Ti?C?Tx是最常研究的MXene，但V?C MXene在这一特定应用中具有独特优势。首先，基于钒的MXenes（如V?C）在理论和实验上都显示出比Ti?C?Tx更高的费米能级附近的电子态密度，这有助于增强介电损耗和载流子迁移率，这是EMI吸收的关键因素[26]。其次，V?C表面的化学性质在蚀刻后形成了不同的-O、-OH和-F终止基团分布，这有利于特定的功能化处理（如用APTES进行硅烷化），从而与有机框架形成更强的界面结合[[27], [28], [29]]。因此，我们选择了V?C作为有潜力但研究较少的MXene平台来开发高性能复合材料。Wang等人[30]通过三种主要串联工艺（包括离子插层和超声处理，随后进行热还原）合成了多层Ti?C?Tx MXene。将退火的MXene掺入环氧树脂中显著提高了电导率和EMI屏蔽性能。在15 wt%的掺入量下，复合材料的电导率为105 S/m，EMI屏蔽效果为41 dB。值得注意的是，5 wt%的掺入量获得了最佳的机械性能，模量分别为4.32 GPa，硬度为0.29 GPa。
为了提高MXene的分散性和界面整合性，人们探索了金属辅助框架[31,32]。这种策略不仅改善了填料的分布，还在最低掺入量下增强了导电路径的形成，这对于实现轻量化和高效的EMI屏蔽系统至关重要[[33], [34], [35]]。
此外，最近的创新利用了MXenes与金属有机框架（MOFs）或其子类——沸石咪唑酸盐框架（ZIFs）之间的协同作用[36]。双金属ZIFs（包含两种不同的金属离子，例如Co2?和Zn2?）在EMI屏蔽应用中比单金属ZIFs具有显著优势。在第二种金属离子（Zn2?）加入Co基ZIF（如ZIF-67）中，可以调节电子结构并在晶体内部产生异质界面。这种异质性促进了界面极化损耗，这是主要的EMI衰减机制。此外，Co和Zn离子之间的电负性和离子半径差异会导致晶格应变和缺陷，从而增强偶极极化[37,38]。Zn2?离子还有助于形成更广泛的N配位金属位点（M-Nx），这些位点可以作为极化中心，改善与聚合物基体的阻抗匹配。与主要依赖单一类型介电/磁损耗的单金属ZIFs相比，Co/Zn双金属系统提供了磁损耗、介电损耗和改善的阻抗匹配的协同效应，使其在低填料浓度下成为更有效的宽带微波吸收剂[39,40]。Li等人[41]通过微波辐照将ZIF-67衍生的CoNC@rGO和NH?功能化的rGO引入氟化环氧树脂基体中，制备出了具有优异EMI屏蔽效果（56 dB）、高机械强度和超疏水性的多功能纳米复合材料。ZIF衍生结构的使用促进了磁损耗和阴极保护，使该材料非常适合先进的航空航天和电子应用。
为了解决这一问题，人们提出了合理设计的MXene/MOF混合材料[42]。Ti?C?Tx片层（带负电荷）与带正电荷的MOFs之间的静电作用能够形成粗糙的异质界面，从而增强极化效应和界面电荷积累[43]。这些混合结构在低填料浓度下实现了多功能性能，提供了热传导、EMI屏蔽和介电损耗，从而在基于聚合物的纳米复合材料中弥合了功能性和可扩展性之间的差距[44]。
与传统的MXene/MOF混合材料合成方法不同，后者通常需要苛刻的溶剂热条件、高温（>120 °C）或多个处理步骤[36,45,46]，本文提出的方法采用低温原位生长工艺（室温至85 °C），且不需要复杂的溶剂。这种温和的方法防止了MXene结构的降解，并能够更好地控制BZIF框架在MXene纳米片上的均匀分布。此外，最后用锌多巴胺（ZD）复合物进行的功能化在类似研究中较少报道，这一步骤不仅提高了混合材料在聚合物基体中的分散性，还通过引入多个活性位点和增强极性相互作用，在机械和EMI屏蔽性能方面带来了显著的协同效应。
材料
用于制备双金属ZIF框架的金属源是四水合醋酸钴（Co(CH?CO?)?·4H?O）和二水合醋酸锌（Zn(CH?CO?)?·2H?O），均从Sigma-Aldrich购买。合成和洗涤过程中使用的甲醇和甲苯，以及用于辅助MXene剥离的氢氧化铵，均从Mojalali公司（伊朗）购买。用于通过选择性蚀刻合成V?C-MXene的前体V?AlC粉末则从ACS购买。
材料评估
XRD光谱清楚地展示了合成材料的结构演变过程，从V?AlC MAX相开始，最终形成了ZD/BZIF/A@MX纳米复合材料（见图1-a）。每个阶段都显示出不同的晶体特征，证实了转化、混合和功能化的成功。
结论
本研究介绍了一种新型纳米混合材料ZD/BZIF/A@MX，作为高性能环氧树脂涂层的智能填料。制备策略包括逐步构建V?C-MXene结构，首先用APTES（A@MX）对其进行表面改性以提高反应性。然后在A@MX表面原位生长包含Zn和Co的BZIFs，随后用ZD复合物进行表面修饰以增强表面化学性质和活性位点密度。XRD结构表征证实了这些变化的发生。
致谢
本研究得到了伊朗国家科学基金会（INSF）的财政支持，资助编号为
4023075 。
CRediT作者贡献声明
Reza Ghamarpoor： 撰写——原始草稿。Bahram Ramezanzadeh： 撰写——审阅与编辑，概念构思。
