【电磁屏蔽】Small Methods：碳热冲击制备的多孔石墨烯在微波和太赫兹波段的电磁屏蔽性能研究

1、研究背景

随着现代电子设备的发展和普及，与之而来的电磁干扰削弱了电子仪器的性能和可靠性。电磁屏蔽材料可以抑制电磁波的辐射和干扰，进而保证电子设备的正常运行。

石墨烯基电磁屏蔽材料，具有稳定、轻质的优势，当前已有大量石墨烯基屏蔽材料以薄膜、泡沫、填料等形式出现。填料类屏蔽材料因其施工工艺简单、空间利用率高而具有广阔的应用前景。填料类屏蔽材料应在尽可能低的负载量下，表现出高屏蔽效能，以避免功能体的团聚。当前屏蔽材料的高屏蔽效能常常来自于高负载量下功能体的高导电性产生的强反射，反射的电磁波会带来二次“污染“，而促进屏蔽体对电磁波的吸收以提高屏蔽效能，进而达到绿色屏蔽的效果，正逐渐成为研究热点。石墨烯粉体填料通常是由石墨的物理剥离或对氧化石墨烯进行还原所得，这些自上而下的策略仍存在许多问题，如对缺陷缺乏控制，由于使用化学品而产生的环境问题，耗时耗能等。

2、文章概述

基于此，电子科技大学集成电路科学与工程学院（示范性微电子学院）李雪松教授、青芳竹副教授和电子科学与工程学院文岐业教授等提出以低值蔗糖用作原料，通过碳热冲击法制备得到缺陷可调的多孔石墨烯，用作屏蔽填料。所得的多孔石墨烯在20 wt%时表现出32.5 dB的屏蔽效能和2.5-18 GHz的有效带宽，媲美其他方法制备的石墨烯填料。特别地，增加电压和延长放电时间所得的富缺陷石墨烯表现出更高的电磁波吸收能力，与当前的绿色屏蔽概念相呼应。此外，该多孔石墨烯在太赫兹波段（0.2-1.2 THz），负载量5 wt%时分别表现出40.7 dB和15.9 dB的平均屏蔽效能和反射损耗。此项工作为低成本制备用作电磁屏蔽填料的多孔石墨烯铺设了一条新的途径，同时为即将到来的集成多个电磁波段应用（如基于6G的集成传感和通信设备）的屏蔽研究提供了参考。

3、图文导读

图1.碳热冲击制备多孔石墨烯的示意图。

图2.（a-c）多孔碳（PC）和（d-f）多孔石墨烯Gr-220/300的SEM、TEM和HRTEM图像。（c）和（f）中的插图为相应的SAED图像。

图3.不同放电条件下PC和石墨烯的（a）XRD图谱,（b）拉曼光谱和（c）D峰和G峰强度比。（d-f）PC和Gr-220/300的XPS图谱。PC和Gr-220/300的（g）N₂吸脱附曲线和（h）孔径分布。（i）Gr-220/300和其他碳材料关于电导率和比表面积的比较。

图4.（a）屏蔽效能（EMI SE_T），（b）T和（c）A系数与频率的关系。（d）cole-cole图。（e）不同类型的损耗方式占比。（f）石墨烯/蜡复合材料的电导率。（g）石墨烯的屏蔽机理。

图5.（a）太赫兹时域光谱测量示意图。石墨烯的（b）透射和（c）反射时域光谱图。（d）样品对太赫兹波的透射率，（e）反射率和（f）吸收率。（g）EMI SE_T和（h）RL与频率的关系。（i）不同样品的平均SE_T和RL。

4、结论

该研究以低价值的蔗糖为原料通过碳热冲击制备出不同缺陷度的多孔石墨烯。整个过程成本低、简单、环境友好。该多孔石墨烯被证明在微波和太赫兹波段具有良好的绿色屏蔽性能，这对一些即将到来的集成多个电磁波段的应用具有实际意义。

论文信息：

Porous Graphene Produced by Carbothermal Shock for Green Electromagnetic Interference Shielding in Both Microwave and Terahertz Bands

Congli Zhou, Kun Zhang, Xiao Sun, Xingchuan Zhao, Kaiwen Zheng, Jiawei Mi, Fangzhu Qing*, Qiye Wen*, Xuesong Li*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202201493