高性能電磁波屏蔽材料研究取得新進展

信息時代電子電氣設備的迅猛發展在給人們帶來方便的同時，也產生了大量的負面效應，如電磁信息泄露、電磁環境污染和電磁干擾等新的環境污染問題。高性能電磁波屏蔽材料已成為解決電磁波污染的關鍵技術。隨著高頻高速5G時代的到來以及可穿戴設備的發展，對電磁屏蔽材料提出了更高的要求。金屬材料雖具有良好的電磁屏蔽性能，但其密度大、易腐蝕等特點限制了其進一步應用。因此，發展高效、輕質、柔性、耐腐蝕金屬基電磁波屏蔽材料是一項重大挑戰。

近日，香港中文大學教授廖維新，中國科學院深圳先進技術研究院汪正平、孫蓉團隊在國際納米材料期刊Small上發表了最新研究成果Anticorrosive, ultra-light and flexible carbon-wrapped metallic nanowire hybrid sponges for highly efficient electromagnetic interference shielding（《用於高性能電磁屏蔽的耐腐蝕輕質柔性碳包覆金屬納米線雜化泡棉》）。科研人員採用水熱法和高溫退火製備了碳包覆銀納米線雜化海綿（Ag@C），該Ag@C海綿具有超輕（極低的密度3.2 mg/cm3）、良好的力學性能（可彎折、扭曲，以及在90%壓縮應變下完全回復）和優異的電磁波屏蔽性能（在X-band和Ku-band高於70 dB）。更為重要的是，由於殼層碳對銀線的有效包覆及其特殊的多孔結構，Ag@C海綿表現出超疏水（水接觸角158o）和優異的耐腐蝕性能（在pH=0的硝酸溶液下浸泡7天屏蔽性能無明顯變化）。該雜化海綿結合了金屬優異的屏蔽性能和碳材料的輕質、柔性和耐腐蝕等優點，綜合性能遠優於傳統金屬材料和普通碳材料。該工作為開發高效、輕質、柔性、耐腐蝕金屬基電磁屏蔽材料提供了新的設計思路。香港中文大學博士生萬艷君為論文第一作者，廖維新、孫蓉為論文的共同通訊作者，團隊成員研究員朱朋莉和於淑會參與了該項研究工作。

此外，研究團隊將廉價易得的纖維素纖維與氧化石墨烯相結合，通過調控二者比例、退火溫度及氣氛，開發了超輕（密度僅為2.83 mg/cm3）且力學性能優異的高效電磁屏蔽（47.8 dB）氣凝膠（Carbon, 2017; 115: 629-639）。在該研究基礎上，結合團隊前期石墨烯複合材料的研究（Composites Science and Technology, 2016; 122: 27-35(Highly Cited Paper, Web of Science)；RSC Advances, 2016, 6(61): 56589-56598；Composites Science and Technology, 2017; 141: 48-55），團隊還發展了一種摻雜石墨烯紙，通過對選取的大尺寸石墨烯進行碘摻雜，一方面大尺寸石墨烯具有較好的共軛結構，有利於提高其載流子傳輸；另一方面碘摻雜進一步提高了其載流子密度。因此，該摻雜石墨烯紙表現出優異的電磁波屏蔽性能（厚度僅為12.5微米，屏蔽效能高達52.2 dB）且力學性能相比於未摻雜石墨烯紙無明顯下降（Carbon, 2017; 122: 74-81）。該研究工作為開發高性能石墨烯基屏蔽膜提供了新的方法。

圖1 高性能電磁屏蔽碳包覆銀納米線雜化海綿的製備：（a）Ag@C的製備示意圖；（b）碳化前與（c）碳化後雜化海綿示意圖及實物圖；（d）不同形狀的雜化海綿，表現出優異的力學性能；（e）雜化海綿屏蔽電磁波原理示意圖。

圖2 雜化海綿形貌結構及其在不同厚度和頻段下的電磁屏蔽性能

圖3 經硝酸（pH=0）溶液浸泡7天後雜化海綿的屏蔽性能和形貌結構

來源：中國科學院深圳先進技術研究院

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