关键词：壳聚糖、海藻酸钠、MXene 纳米片、聚电解质、梯度水凝胶、离子水凝胶

Self-Oriented Gradient Ionic Skins for Dual-Function Electromagnetic Shielding and Self-Powered Sensing

Nano-Micro Lett.(2026) 18:415

https://doi.org/10.1007/s40820-026-02255-z

一、研究背景

兼具高性能电磁干扰（EMI）屏蔽、自供能功能与高灵敏压力检测特性的离子皮肤（I-skins）是柔性电子领域的核心需求，但这类多功能一体化器件的制备仍面临巨大挑战。本文提出一种简易的扩散-络合制备策略，可构建自取向梯度MXene/聚电解质水凝胶，该材料可用作自驱动离子皮肤，同时具备优异的电磁屏蔽性能与压力传感能力。

二、材料制备工艺：扩散-络合自构建梯度结构  

本文提出一种简易的扩散-络合一步法，用于制备MXene/聚电解质梯度水凝胶离子皮肤（I-skins）。该体系由壳聚糖（CS，阳离子聚电解质）、海藻酸钠（SA，阴离子聚电解质）与MXene纳米片构成，具体过程如下：  

1、双层溶液预置：上层为MXene/海藻酸钠混合分散液，下层为壳聚糖水溶液；  

2、双向扩散耦合：在渗透压驱动下，壳聚糖分子向上扩散、水分子向下渗透，阴阳聚电解质在界面处发生静电络合交联；  

3、双梯度同步成型：扩散过程中同步形成两种有序结构，无需外场诱导，完全通过自组装实现。  

三、两大核心功能构筑机理  

1、面内自取向MXene网络——高性能电磁干扰（EMI）屏蔽  

渗透压梯度促使MXene片层沿薄膜平面定向排布，形成连续致密的导电网络。入射电磁波抵达材料后，通过界面反射、片层间多重散射、凝胶基体吸收三重机制实现能量耗散；有序MXene通路显著提升导电损耗，最终使材料获得48 dB的优异电磁屏蔽效能，可满足柔性电子设备的抗电磁干扰需求。  

2、纵向电荷梯度——压力响应自驱动传感  

阴阳聚电解质经扩散络合后，沿薄膜厚度方向自发形成稳定的正负电荷梯度：固定阴离子锚定于海藻酸钠骨架，可移动反离子沿梯度分布，原生形成自极化电势；当外界应力或振动挤压凝胶时，离子迁移速率与界面电势差同步变化，无需外接电源即可输出电压信号，实现自驱动压力传感。

四、创新价值与应用拓展  

1、工艺创新：单步扩散-络合策略同步构建MXene取向导电网络与离子电荷梯度，制备过程简便，易于规模化放大；  

2、功能集成突破：传统柔性离子皮肤难以同时兼顾高效电磁屏蔽与无源自驱动传感，本体系有效解决了软电子器件的电磁干扰与供能痛点；  

3、应用场景：可用于智能可穿戴传感、人机交互柔性皮肤、柔性电子防护贴片、软体机器人压力感知模块等领域；  

4、体系拓展思路：通过更换不同阴阳离子聚电解质或二维导电填料（如石墨烯、金属纳米片），可调控电荷梯度强度与导电网络结构，适配不同场景下的屏蔽及传感性能需求。

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