成果简介
具有高性能电磁（EMI）屏蔽的碳纳米复合材料的开发对于下一代智能电子设备变得至关重要。然而，高度灵活和小型化设备的有效 EMI 屏蔽仍然是一个挑战。本文，哈尔滨工业大学 Zhenwei Li等研究人员在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Vertical Graphene Nanosheet/Polyimide Composite Films for Electromagnetic Interference Shielding”的论文，研究提出一种由垂直石墨烯纳米片（VGS）和和聚酰亚胺 (PI)组成的高度柔韧的复合薄膜，用于电磁屏蔽。
首次通过活化诱导热化学气相沉积（CVD）制备VGS，并通过原位聚合将VGS与PI复合制备复合膜。由于VGSS具有各向同性的海胆状纳米结构和无团聚的分散性，在PI矩阵中构建了丰富的电子传导路径、封闭纳米结构和无数界面。最佳复合膜显示出优异的EMI屏蔽性能（在151μm的厚度下可以检测到8.2-12.4GHz频率范围内的平均EMI屏蔽效率为31.37dB）。此外，复合膜还表现出优异的热管理性能。合适的海绵和坚固性使复合膜能够屏蔽 2000 次连续循环循环，并且不会显着降低其 EMI 屏蔽和热管理性能，这为 EMI 屏蔽和热管理的应用屏蔽了基础。
图文导读
图1. VGSs (a, b) 和 VGSs/PI 薄膜 (c, d, e) 制备的流程。
图2. (a) AB 的 TEM 图像。(b) 分别为 AB、AB-10、AB-20 的 XPS 光谱。(c) VGSs/AB-20 的 SEM 图像。(d) VGSs/AB-20 的 TEM 图像。(e) VGSs/AB-20 的高倍 TEM 图像。(f) AB、AB-10、AB-20、VGSs/AB、VGSs/AB-10 和 VGSs/AB-20 的拉曼光谱。
图3. (a) VGS/PI 横截面的 SEM 图像。(b) 纯 PI、VGSs 和 VGSs/PI 的 XRD 图。(c) 纯 PI、VGSs/PI-5、VGSs/PI-10、VGSs/PI-15 和 VGSs/PI-20 的 TGA 曲线。(d) VGSs/PI 样品的电导率与 VGSs 含量的关系。
图4.（a）（b）纯PI和VGSs / PI膜的EMI屏蔽性能和平均SE。(c) 纯 PI 和 VGSs/PI 薄膜的 RAT 系数。(d) EMI 屏蔽机制示意图。(e) 不同厚度的 VGS/PI-20 的 EMI 屏蔽性能。(f) 2000 次连续弯曲循环前后 EMI SE 的比较。(g) VGS/PI 薄膜与最近报道的碳基聚合物复合材料在 X 波段频率范围内的 EMI 屏蔽性能的综合比较。（h）（i）无线电力传输电路和使用所制备的 VGS/PI 薄膜的光学照片。
图5、电热性能的图示
图6. (a) 分别为纯 PI、VGSs/PI-5、VGSs/PI-15 和 VGSs/PI-20 薄膜的热导率和 (b) 红外发射率。(c) VGSs/PI-20 在不同加热温度下的红外发射率。纯 PI、VGSs/PI-5、VGSs/PI-15 和 VGSs/PI-20 在不同时间的 (d) 加热和 (e) 冷却过程中的红外热图像。
小结
总之，开发了一种两步、独特且简单的活化诱导热 CVD 方法，实现大规模快速制备VGS。活化过程增加了 AB 表面成核位点的数量，极大地促进了 VGS 的生长。此外，通过原位聚合制备VGS/PI 复合薄膜，用于 EMI 屏蔽和热管理。
链接：https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01471
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