南京理工大学《JMCA》：嵌入式3D打印石墨烯框架，用于电磁干扰屏蔽等

成果简介

三维（3D）打印技术可用于有效设计三维石墨烯组件的结构，并赋予其非凡的性能。然而，利用直接墨水写入（DIW）三维打印技术直接构建具有复杂结构的三维石墨烯组件仍然受到限制。本文，南京理工大学Gazi Hao、Wei Jiang等研究人员在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Embedded 3D printing of RGO frameworks with mechanical strength, and electrical and electromagnetic interference shielding properties”的论文，研究展示了一种利用嵌入式三维打印结合冷冻干燥或毛细管干燥，分别直接构建具有八叉桁架结构的微结构多孔或致密三维还原氧化石墨烯（RGO）框架的策略。合理的结构设计和自组装 RGO 片材有助于赋予 RGO 框架机械强度和电学特性。

冻干RGO框架（F-RGF）的电导率为131.85 S m⁻¹，50%应变时的抗压强度为35.42 kPa。此外，RGO 框架的特性还可通过改变其干燥方法而发生变化。与 F-RGF 相比，毛细管干燥的 RGO 框架（C-RGF）具有更高的导电性（863.77 S m⁻¹）和抗压强度（3.23 MPa）。在厚度为 2.8 mm 时，低导电性 F-RGF 和高导电性 C-RGF 在 18-40 GHz 频率范围内表现出良好的电磁干扰屏蔽效果（EMI SE），总 SE（_SET）值分别高达 72.87 dB 和 63.48 dB。这项研究为构建具有多层次结构的三维组件提供了参考，并展示了针对不同应用改变结构的可能性。

图文导读

图1、 F-RGF和C-RGF的制备工艺示意图。

图2、GO油墨的流变特性

图3、RGO框架的形态和结构

图4、（a）GO（d）、F-RGF（e）和c-RGF（F）的XRD图谱、（b）拉曼光谱、（c）XPS测量光谱和高分辨率C1s光谱。

图5、（a） F-RGF和C-RGF的电导率和密度。（b） 电导率-密度与已报道的3D石墨烯组件的比较

图7、不同厚度的F-RGF/PDMS（a）和C-RGF/PDMS（d）的设置。用于不同厚度的F-RGF/PDMS（b）和C-RGF/PDMS（e）的SER、SEA和SET。具有不同厚度的F-RGF/PDMS（c）和c-RGF/PDMS（F）的R和A系数。（g） 3D RGO框架的EMI屏蔽机制的示意图。

小结

本文利用嵌入式三维打印技术结合冷冻干燥或毛细管干燥技术，成功构建了具有八叉桁架结构的 RGO 框架。结果证明，可以通过合理设计结构来调整 RGO 框架的性能。F-RGF 的电导率为 131.85 S m-¹，50% 应变时的抗压强度为 35.42 kPa，K 波段和 Ka 波段的_SET值分别高达 59.26 dB 和 72.87 dB。通过调整干燥方法，RGO 框架的电气和机械性能得到了改善。C-RGF 的电导率高达 863.77 S m-¹，抗压强度高达 3.23 MPa，K 波段和 Ka 波段的_SET值分别高达 55.71 dB 和 63.48 dB。研究还表明，F-RGF/PDMS 和 C-RGF/PDMS 是以反射为主的 EMI 屏蔽材料。该策略突破了现有DIW三维打印的一些局限，为三维石墨烯组件的结构设计和功能开发提供了宝贵的思路。

文献：https://doi.org/10.1039/D4TA00458B