韩国亚洲大学Seung-Il Kim等–CVD石墨烯生长温度对石墨烯/PMMA复合材料电磁干扰屏蔽的影响

石墨烯由于其特殊的力学、电学和热学性能，引起了极大的关注，其成为了一种有前途的多功能电子材料。在这项研究中，我们研究了合成温度对石墨烯晶体质量和电磁干扰屏蔽性能的影响。我们在不同温度下(从900℃到1050℃)在铜箔上合成石墨烯，随后使用拉曼光谱分析样品。结果表明，石墨烯的结晶质量随着合成温度的升高而提高。然后，我们制作了100层石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料(GPC)，并评估了其电学、机械性能和电磁干扰屏蔽效果(SE)。我们的研究结果表明，与含有缺陷的石墨烯复合材料相比，含有高结晶石墨烯复合材料具有更高的导电性和拉伸强度。此外，具有高结晶石墨烯复合材料具有更高的EMI SE，总SE为14.16 dB，比具有缺陷石墨烯结构高140%。

图1. 石墨烯生长温度与结晶质量关系的表征。

(a)在铜箔上生长石墨烯的CVD系统示意图。(b)取决于石墨烯生长温度的合成模式图，石墨烯生长温度控制在900℃至1050℃的25℃区间内。(c)在900℃至1050℃温度范围内生长的石墨烯的拉曼光谱。(d)在不同生长温度(900℃、950℃、1000℃、1050℃)下合成的300 nm SiO₂/Si上转移单层石墨烯的D与G波段(I_D/I_G)和2D与G波段(I_2D / I_G)的拉曼光谱。比例尺:10微米。

图2. GPC的制造。

(a) GPC的制造工艺示意图:(i)在铜箔上合成石墨烯，(ii) PMMA自旋涂层，(iii) Cu蚀刻，(iv)石墨烯/PMMA堆叠工艺。(b) GPCs的照片和(c-e) SEM的截面图。

图3. GPC-1050, GPC-950和GPC-900的力学特性。

图4. 测量电磁波的反射、吸收和屏蔽效果。

(a)矢量网络分析仪的照片。(b)电磁干扰屏蔽测量原理图。(c) GPC电磁干扰屏蔽机制示意图;入射电磁波从复合材料表面反射，并被复合材料内部的吸收和多次反射所屏蔽。

图5. 不同石墨烯结晶度GPCs在X-波段电磁干扰屏蔽的效果。GPC-1050(红色)、GPC-950(蓝色)和GPC-900(黑色)的(a) SE_R (b) SE_A和(c) SE_T，。

图6. GPC的电学性能。石墨烯生长温度对GPC电导率的影响。

图7. GPC的绝对屏蔽效率。

(a) GPC-1050、GPC-950和GPC-900的SE/ thickness (SE_t)和specific SE/thickness (SSE_t)分别为5.7 × 10³ dB cm^-1和4.8 × 10³ dB cm² g^-1, 5.0 × 10³ dB cm^-1和4.2 × 10³ dB cm² g^-1，以及4.1 × 10³ dB cm^-1和3.4 × 10³ dB cm² g^-1。

相关研究成果由韩国亚洲大学能源系统研究系、材料科学与工程系Seung-Il Kim等人于2023年发表在Synthetic Metals (https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2023.117464)上。原文：Electromagnetic interference shielding of graphene/PMMA composites depending on growth temperature of CVD-graphene