碳纤维增强热塑性聚醚醚酮（CF/PEEK）层合板因其优异的轻质高强、耐腐蚀性、耐高温及可回收性，在航空航天、国防军工、高端装备、人形机器人等战略前沿领域具有广泛的应用前景。然而，CF/PEEK层合板在服役过程中会受到各类冲击载荷作用进而导致层间开裂等损伤，以及新一代装备对高功率电子设备抗电磁干扰（EMI）、导电导热等新的需求，现有碳纤维复合材料的单一性能难以满足极端环境、工况下的综合性能需求。因此，亟需开发兼具结构性与功能特性的CF/PEEK复合材料。深圳大学刘会超/朱才镇/徐坚团队聚焦传统CF/PEEK层合板复合材料“层间性能与功能特性难以兼顾”的核心难题，基于四针状氧化锌晶须（T-ZnO）的三维立体结构和Ti3C2Tx MXene的高电导率，通过静电组装策略制备了MXene纳米片修饰的T-ZnO晶须（T-ZnO@MXene），并将其引入CF/PEEK层合板中。T-ZnO的刚性锚定效应与MXene的高导电性协同作用，在优化层间性能的同时构筑了3D导电/增强网络，成功实现CF/PEEK层合板的层间性能、EMI屏蔽效能与电热除冰性能的同步大幅提升。
2026年4月3日，相关成果以“Synergistic mechanical, EMI shielding, and deicing performance of CF/PEEK composites enabled by T-ZnO@MXene via electrostatic self-assembly”为题发表于国际知名期刊Composites Science and Technology上（IF：9.8）。论文第一作者为深圳大学硕士研究生骆宇泰，共同第一作者为深圳大学硕士研究生崔金泽（现为中国科学院成都有机所在读博士生）。深圳大学为本文第一通讯单位，刘会超助理教授和朱才镇教授为本文通讯作者。
图1 CF/T-ZnO@MXene/PEEK复合材料制备流程示意图
研究团队依托前期研究基础，开展一系列工作，完整构建了结构-功能一体化CF/T-ZnO@MXene/PEEK复合材料：
1、碳纤维预处理与UD带制备：将碳纤维经等离子体处理、机械展纤后，浸渍PEI上浆剂，制备CF/PEI单向（UD）带。
2、制备T-ZnO@MXene杂化材料：以LiF和浓盐酸为刻蚀剂，刻蚀Ti₃AlC₂ MAX相制备MXene纳米片，通过静电组装法将MXene均匀包覆在T-ZnO晶须表面，制备不同MXene浓度的T-ZnO@MXene浆料。
3、复合材料制备：采用刮刀涂布法将不同浓度的T-ZnO@MXene浆料涂覆在CF/PEI单向带表面，与PEEK薄膜交替堆叠后，通过热压成型工艺制备CF/T-ZnO@MXene/PEEK复合材料。
4、性能表征与机理分析：系统研究T-ZnO@MXene对复合材料微观结构、表面特性、力学性能、导电性能、EMI屏蔽性能及电热除冰性能的影响，并阐明其增强机理。
图2 T-ZnO@MXene的结构表征
通过SEM、XRD、XPS及zeta电位等表征方法证明T-ZnO@MXene杂化材料成功制备且结构稳定：刻蚀剥离获得超薄层状Ti₃C₂Tₓ MXene纳米片，分散液兼具成膜性与丁达尔效应，胶体稳定性优异；T-ZnO晶须形貌规整，其3D结构为MXene负载提供理想基底，MXene可均匀包覆于T-ZnO表面形成复合结构。XRD证实MAX相成功转化为MXene，层间距增大且杂化材料无杂峰、无相变；XPS检测到Zn 2p与Ti 2p特征峰，印证复合结构形成；MXene（-38.7 mV）与T-ZnO（+8.6 mV）相反的表面电荷，为静电自组装形成稳定异质结构提供基础。
图3 CF/PEEK复合材料的力学性能
由图3可见，引入不同含量的T-ZnO可提升CF/PEEK层合板的层间剪切强度（ILSS），其中CF/4.5T/PEEK层合板的ILSS为100.0MPa，相较于CF/0.0T/PEEK提升了27.1%，这可归因于T-ZnO的四足针状结构起到了锚定层合板相邻层的作用。经不同含量MXene修饰的T-ZnO具有同样的增强效果，其中CF/4.5T-3M/PEEK复合材料弯曲强度达1970.0 MPa，层间剪切强度达123.2 MPa，较未改性样品分别提升33.4%和56.7%。
图4 CF/PEEK复合材料EMI屏蔽性能及弯曲、层间剪切强度与文献报道对比
T-ZnO@MXene的引入提升了CF/PEEK复合材料的导电性，纵向导电性小幅提升10.6%，横向、厚度方向导电性则分别实现150倍、76倍大幅增长，这源于T-ZnO@MXene构建的3D连续导电网络。在雷达、卫星通信等核心的X波段（8.2-12.4 GHz），改性后复合材料EMI屏蔽效能显著提升，CF/4.5T-5M/PEEK的屏蔽效能达56.7 dB，较未改性样品提升40.7%，远超商用标准（20 dB）、接近军用要求（60 dB），可屏蔽99.999%的入射电磁波。其屏蔽遵循“表面反射+内部吸收”协同机制，T-ZnO的四针状结构形成“3D纳米网络”，进一步强化电磁波能量耗散。我们将其与已报道的CF/PEEK复合材料在弯曲强度、层间剪切强度（ILSS）和EMI屏蔽效能（SE）方面进行对比。结果表明，这种结构-功能一体化复合材料可同时展现卓越的力学性能与EMI屏蔽性能，其弯曲强度、ILSS和EMI SE分别达到1970.3 MPa、123.2 MPa和52.2 dB，各项性能指标均优于多数已报道同类材料，具备显著竞争力，可广泛应用于航空航天、高端装备制造等领域，为先进工程结构件的轻量化、多功能化发展提供了全新解决方案，具有重要的工业应用价值。
图5 CF/PEEK复合材料电热转换性能
图6 CF/PEEK复合材料电热除冰性能
CF/4.5T-5M/PEEK复合材料具有稳定的电热转换性能，2.5 V电压下稳态温度可达184.9 ℃，响应速度快（50秒内达到稳态温度），温度可调范围广（30-180 ℃）；相同电压下，可在196秒内完全融化冰层，除冰速率达0.612 g·min⁻¹，远优于纯CF/PEEK复合材料（698秒）；
本研究通过简易、可工业化的静电组装策略，构建了T-ZnO@MXene 3D增强/导电网络，协同提升了CF/PEEK层合板复合材料的层间性能与EMI屏蔽性能以及除冰性能。该策略不仅为高性能结构-功能一体化CF/PEEK复合材料的开发提供了理论依据和实践参考，也为MXene与T-ZnO在复合材料领域的协同应用开辟了新路径。该复合材料兼具优异的力学性能、EMI屏蔽性能和电热除冰性能，可广泛应用于航空航天、高端装备制造等领域，为先进工程结构件的轻量化、多功能化发展提供了全新解决方案，具有重要的工业应用价值。该工作得到了广东省自然科学基金、深圳市自然科学基金等资助。
论文信息：Yutai Luo#, Jinze Cui#, Changqiang Jia, Lingcong Kong, Feng Bao, Jiali Yu, Xiaofang Liu, Chaoyi Peng, Caizhen Zhu*, Jian Xu, Huichao Liu*. Synergistic mechanical, EMI shielding, and deicing performance of CF/PEEK composites enabled by T-ZnO@
