王振洋团队制备出高效石墨烯基电磁波屏蔽材料

近期，中科院合肥研究院固体所王振洋研究员团队在高性能电磁波屏蔽材料研究方面取得了新进展。相关研究成果以“Flexible 3D porous graphene film decorated with nickel nanoparticles for absorption-dominated electromagnetic interference shielding”为题发表在Chemical Engineer Journal 期刊上。

电子电气设备的迅猛发展给人们的生活带来极大便利，但随之而来的电磁辐射、电磁干扰和电磁信息泄露也成为了新的难题。目前，高性能电磁波屏蔽材料已成为解决电磁波污染的关键技术。金属材料虽具有良好的电磁屏蔽性能，但以反射为主要机理的电磁屏蔽会导致严重的电磁波二次污染。同时，微型化、轻量化和高频高速电子产品和器件也对电磁屏蔽材料提出了更高的要求。因此，迫切需要开发兼具柔韧性和轻便性的，且以吸收为主要机理的高性能电磁屏蔽材料。

石墨烯材料由于其比表面积大、导电性好、轻质柔韧等一系列优点，近年来被广泛用作电磁波屏蔽材料。但石墨烯材料依然存在电磁波吸收效率低、反射占比高的缺点。鉴于此，科研人员采用激光诱导加工法，将聚酰亚胺前驱体转化为具有三维多孔结构的石墨烯晶体膜。研究发现，通过优化孔隙结构，可以提升石墨烯晶体膜与空气界面的阻抗匹配，有利于电磁波进入材料内部，并可通过多孔结构诱导的多重内反射将其消耗。

为进一步提升屏蔽效率，科研人员通过电化学沉积将磁性镍纳米粒子均匀负载到多孔结构内部，制备出石墨烯/镍（D-LIG/Ni）复合薄膜。由于介电损耗和磁损耗的协同作用，复合薄膜表现出以吸收为主要机理的高效电磁波屏蔽。厚度仅0.327 mm的D-LIG/Ni复合薄膜，在X-band（8-12 GHz）表现出高达79 dB的屏蔽效能，其中吸收占比85%。

该研究工作为开发高性能石墨烯基电磁屏蔽膜提供了新的方法，在柔性电子和高频高速器件领域具有良好的应用前景。

上述工作得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、中科院STS项目等多个项目的支持。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721013486?via%3Dihub

图1.（a）D-LIG/Ni制备过程；（b）电磁屏蔽示意图。

图2.（a-c）不同沉积时间D-LIG/Ni样品电镜图；（d）D-LIG/Ni样品元素mapping图；（e，f）D-LIG/Ni样品透射电镜图和高分辨透射电镜图；（g）实物照片。

图3.（a-c）不同沉积时间D-LIG/Ni样品的SE_T、SE_A、SE_R；（d）不同沉积时间D-LIG/Ni样品吸收率和反射率；（e）不同沉积时间D-LIG/Ni样品的弯曲稳定性；（f）单层和双层D-LIG/Ni样品的屏蔽效能。