浙江大学《Carbon》：高温稳定性的高导电性石墨烯薄膜，可用于电磁干扰屏蔽

1、成果简介

为了保护电子和通信设备免受干扰破坏，迫切需要轻质、柔性和高导电性的电磁干扰屏蔽材料。近年来，碳基薄膜以最小厚度屏蔽电磁干扰引起了人们的极大兴趣，尤其是宏观石墨烯薄膜。然而，掺杂石墨烯薄膜对金属的导电性较差或不稳定，无法满足日益增长的恶劣环境应用需求。

本文，浙江大学高超教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Highly conductive graphene film with high-temperature stability for electromagnetic interference shielding”的论文，研究制备了高温稳定性高达400℃的高导电氯化铜插层石墨烯薄膜（GF-CuCl2），CuCl2的插层显著提高了空穴密度，获得的电导率（1.09×107sm-1）是纯石墨烯薄膜的近10倍。

超低的电阻温度系数（4.31×10-4k-1）使GF-CuCl2在较宽的温度范围内保持电稳定。35微米厚的GF-CuCl2在2-18 GHz范围内的平均电磁干扰屏蔽效能为∼110 dB，在8.2至12.4 GHz范围内的平均电磁干扰屏蔽效能为∼126 dB，这在同等厚度的材料中是最高的。此外，GF-CuCl2的电磁干扰屏蔽能力在极端条件下表现出长期的耐久性。所有这些特性表明GF-CuCl2适合于实际的电磁干扰屏蔽应用。

2、图文导读

图1。a）通过两区气相传输反应制备CuCl 2嵌入的GF（GF – CuCl 2）的示意图。b）GF-CuCl 2的代表性晶体结构。c，d）GF的TEM图像（c）和相应的电子衍射图（d）。e，f）GF-CuCl 2的HR-TEM图像。

图2。a-c）。GF和GF-CuCl2的XPS光谱（a）、XRD图谱（b）和Raman光谱（c）。d-g）GF-CuCl2（d）的SEM图像以及GF-CuCl2中C（e）、Cu（f）和Cl（g）元素的对应元素映射图像。GF-CuCl2（h）的h-k截面形貌及相应的C（i）、Cu（j）和Cl（k）元素在GF-CuCl2中的元素映射图像。

图3。a）tGF和GF-CuCl 2的功函数，以及插层后费米能级变化的示意图。b）GF和GF-CuCl 2的归一化电阻的温度依赖性。c）与文献报道的纯GF和一些金属氯化物插层的商用石墨片（PGS）相比，GF-CuCl 2的记录的高稳定电导率。d）比较GF-CuCl 2和几种金属导体的比电导率。

图4。a）在N 2气氛下对样品进行热重分析。插入图片显示了GF-CuCl 2和GF-MoCl 5的键能。b）在从室温到240℃的循环加热负荷下，GF-CuCl 2 -2的电导率。c，d）GF-CuCl 2（c）和GF-MoCl 5（d）在200℃下长时间加热时的电导率变化。插图显示了加热12小时后GF-CuCl 2和GF-MoCl 5的SEM形态比较。

图5。a）GF和GF-CuCl 2 -2的EMI屏蔽性能。bd）GF-CuCl 2 -2在恶劣环境中的EMI屏蔽性能，包括200°C的高温（b），液氮中的超低温（c）和溶剂浸泡（d）。e）10000次弯曲后GF-CuCl 2 -2的EMI屏蔽性能的变化。f）比较已报道的屏蔽材料的EMI屏蔽性能。

3、小结

通过CuCl2插层制备了具有高温稳定性的高导电石墨烯薄膜。插层石墨烯薄膜具有低密度、高柔韧性、环境稳定性和机械稳定性等优点，在宽带电磁干扰方面具有广阔的应用前景。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.04.027