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电子设备与无线通信技术的快速进步在提升生产生活效率的同时，也带来了严重的电磁辐射污染，干扰了雷达、武器与人造卫星系统，并对人体健康构成潜在威胁。因此，兼具高力学性能与持久屏蔽电磁干扰（ Electromagnetic Interference; EMI）效能的材料至关重要。碳纤维增强聚合物复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer; CFRP）虽具有轻质、高强、耐腐蚀及本征导电性，但纤维与基体间化学惰性且光滑的表面导致界面结合弱，易在载荷下发生脱粘与分层，严重制约其力学性能；同时，其电导率仍显著低于金属，限制了EMI屏蔽效能。如何同步强化界面并提升导电性，成为CFRP走向多功能应用的核心挑战。

为解决以上问题，同济大学、华东理工大学的研究团队在Composites Science and Technology 上发表了相关研究成果。该研究受贻贝黏附启发，通过在碳纤维表面构建金属酚醛网络-银纳米颗粒杂化界面层，一举实现了碳纤维复合材料界面强度与电磁屏蔽性能的同步显著提升。论文标题为”Bioinspired gradient-modulus interfacial strategy for high-strength and EMI-shielding carbon fiber composites”。论文第一作者为同济大学的博士生胡文龙，通讯作者为同济大学仓钰副教授以及杨斌教授，合作者还包括华东理工大学轩福贞教授等人。

研究团队提出了一种仿生杂化界面构建策略。首先，通过浸渍涂覆将Fe³⁺-单宁酸（TA）络合物与硅烷偶联剂（APS）结合，在碳纤维表面形成金属-酚醛网络（Metal-Phenolic Networks; MPN）涂层；随后，利用TA的儿茶酚基团将[Ag(NH₃)₂]⁺原位还原为Ag NPs，并沉积于MPN网络内。MPN通过迈克尔加成、席夫碱及硅烷化反应与纤维和基体形成共价键连接，而刚性的Ag NPs则嵌入其中，共同构成MPN-Ag杂化界面层。该设计模仿了贻贝黏附中的多机制相互作用，同时引入了模量梯度与导电通路。

图1 （a）在CF表面涂覆MPN-Ag杂化网络的表面改性过程示意图；（b）[Ag(NH₃)₂]⁺还原为Ag NPs的过程及MPN-Ag杂化网络的化学结构；（c）MPN内部形成的化学键

表征结果显示，MPN-Ag杂化涂层均匀覆盖纤维表面，Ag含量达5.44%。原子力显微镜（ Atomic Force Microscopy；AFM）模量测试表明，MPN-Ag涂层的平均模量提升至9.01 GPa，显著高于单一MPN（3.34 GPa）或Ag涂层（7.11 GPa），并在界面处形成厚度约380 nm的平滑模量过渡区，有效缓解了应力集中。力学性能测试数据对比显著：界面剪切强度从25.3 MPa提升至46.9 MPa（↑85%）；横向纤维束强度从16.0 MPa提升至26.8 MPa（↑67%）；EMI屏蔽效能在X波段从13.9 dB提升至22.7 dB（↑63%），相当于对入射电磁波实现约99.5%的衰减。有限元模拟进一步证实，该杂化界面层可实现更均匀的应力分布与更高效的载荷传递。

图2 （a）–（e）CF@MPN-Ag的高分辨率XPS谱图；（f）CF@Ag与CF@MPN-Ag的XRD图谱；（g）–（h）SEM图像及（j）–（l）对应的EDS元素分布图

图3 AFM力调制图像及对应的杨氏模量分布直方图，以及CF/VER截面界面区域的模量分析

图5 （a）EMI屏蔽效能与（b）功率系数对比；（c）不同复合材料在8.2 GHz下的SET、SEA与SER；（d）与已报道工作的性能对比 

图6 CF@MPN-Ag复合材料的界面增强与EMI屏蔽机制示意图。

文章总结指出，MPN-Ag杂化界面层通过整合界面化学键合、刚度增强与导电网络构建，使CFRP同时实现了优异的力学性能与强大的EMI屏蔽能力。力学上，平滑的模量梯度与裂纹偏转效应促进了高效的应力传递与基体内聚破坏；电学上，杂化结构不仅提高了电导率与反射损耗，更重要的是通过多重内部反射、传导损耗与界面极化增强了吸收损耗，从而以较低的银含量实现了约99%的电磁波衰减。该研究不仅为CFRP的界面设计与功能化提供了新范式，也推动了面向先进航空航天与电子领域的高性能、多功能复合材料发展。

原始文献：  

Hu, W., Yang, L., Guo, F., Xuan, F., Zhang, S., Ma, X., Zhi, J., Cang, Y., & Yang, B. (2026). Bioinspired gradient-modulus interfacial strategy for high-strength and EMI-shielding carbon fiber composites. *Composites Science and Technology, 274*, 111469.