成果简介
镓基液态金属（LM）具有有趣的高导电性和室温流动性，因其在柔性电磁干扰（EMI）屏蔽中的潜在应用而受到广泛关注。然而，由于高EMI屏蔽效率（SE）与低厚度之间的不可调和矛盾，现有LM基复合材料的EMI屏蔽性能不尽如人意。此外，由于应用场景日益复杂，对环境稳定的EMI屏蔽材料的研究已成为迫切的需求。本文，北京航空航天大学衡利苹研究员团队在《北京航空航天大学》期刊发表名为“Slippery Graphene-Bridging Liquid Metal Layered Heterostructure Nanocomposite for Stable High-Performance Electromagnetic Interference Shielding”的论文，研究准备了一个还原石墨烯氧化物（rGO）桥接LM层状异质结构纳米复合材料与液体注入光滑表面（S-rGO / LM），在其内部厚度仅为33μm时，表现出80dB的超高X波段EMI SE，内部厚度为67μm时，表现出100dB的极高数值。
更重要的是，在超薄（2 μm）但有效的滑动表面的保护下，S-rGO/LM薄膜在经受各种恶劣条件（恶劣的化学环境、极端的工作温度和严重的机械磨损）后，表现出卓越的EMI屏蔽稳定性（EMI SE保持在70dB以上）。此外，S-rGO/LM薄膜还表现出令人满意的光热行为和出色的焦耳加热性能（1.75V时表面温度为179℃，热响应<10秒），这使其具有抗冰/除冰的能力。这项工作提出了一种构建基于LM的纳米复合材料的方法，它具有可靠的高性能EMI屏蔽能力，在可穿戴设备、国防、航空和航天领域显示出巨大的应用潜力。
图文导读
方案 1.（a） rGO/LM薄膜和（b）S-rGO/LM薄膜的制造过程示意图;（c） S-rGO/LM薄膜的环境稳定EMI屏蔽性能和防冰/除冰能力示意图
图1.（a） GO/LM 薄膜和 （c） rGO/LM 薄膜的横截面SEM图。（b） GO/LM 和 （d） rGO/LM 薄膜的表面 SEM 图像。（e） rGO/LM薄膜横截面中的SEM图像和EDS元件映射。（f） XPS全光谱GO/LM薄膜和rGO/LM薄膜。（g） 用于GO/LM薄膜的C 1s高分辨率XPS光谱。（h） rGO/LM薄膜的C 1s高分辨率XPS光谱。（i） S-rGO/LM薄膜横截面中的SEM图像和EDS元素映射。
图2、电气特性和 EMI 屏蔽性能
图3、润湿性和恶劣条件EMI屏蔽稳定性
图4：（a）S-rGO/LM薄膜在一个太阳光照下的温度-时间曲线。(b) S-rGO/LM薄膜在阳光照射下达到饱和温度的红外热图像。(c, d) 不同驱动电压下S-rGO/LM薄膜的温度-时间曲线。(e) 电压调整期间的饱和温度变化曲线。(f) 不同驱动电压下的S-rGO/LM薄膜的红外热图像。(g) 冰块在-15℃下用焦耳加热融化并滑落。(h) 在-15 °C下覆盖的雪在光-电-热雪融化的协同作用下融化和滑落。(i) S-rGO/LM薄膜在-15 °C下的抗冰行为的光学图像和（j）红外热图像。(k) S-rGO/LM薄膜在不同次数的光-电-热融雪循环后的总EMI SE。
小结
综上所述，我们开发了一种具有环境稳定的高EMI屏蔽性能的光滑rGO/LM层状异质结构纳米复合材料。S-rGO/LM薄膜表现出优异的EMI屏蔽效果（内部厚度为33μm时平均EMI SE为80dB，内部厚度为67μm时为100dB），这可以归因于分层的异质内部结构。同时，S-rGO/LM薄膜表现出优异的EMI屏蔽稳定性（EMI SE在承受各种恶劣条件后保持在70 dB以上），这可以归功于材料的高热稳定性和光滑表面保护的协同作用。此外，S-rGO/LM薄膜集成了令人满意的光热能力和优异的焦耳热性能，这使得S-rGO/LM薄膜具有防冰/除冰的前景。S-rGO/LM纳米复合材料有望成为一种可靠的高性能EMI屏蔽材料，能够应对复杂场景，在柔性可穿戴设备、军工装备、航空航天等领域显示出巨大潜力。
文献：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02975
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