成果简介
将功能纳米粒子与高导电性和多孔碳支架复合是制造许多重要功能器件的基本途径。然而，在大规模共轭、整体和介孔结构中实现功能粒子的均匀空间分布仍然具有挑战性，因为石墨化的高加工温度会引起纳米粒子熟化、团聚和成分变化。本文，清华大学深圳国际研究生院 杨诚副教授、深圳大学 郭镇斌 特聘副研究员等在《Nat. Commun》期刊发表名为“A popcorn-inspired strategy for compounding graphene@NiFe2O4 flexible films for strong electromagnetic interference shielding and absorption”的论文，研究报告了一种独特的 “模仿爆米花制作 “策略，即在常温条件下通过激光辅助瞬时复合法制备高度共轭和均匀复合的石墨烯@NiFe2O4 复合薄膜。
它通过避免氧化、爆裂和非均相热累积，成功抑制了激光处理过程中不必要的结构解体和质量损失，从而实现了具有优异导电性和高饱和磁化率的高度集成复合结构。这种单面薄膜的绝对屏蔽效能高达 20906 dB cm2 g-1，吸收率为 75%，具有卓越的机械柔韧性和出色的温度/湿度老化可靠性。这些性能指标标志着在 EMI 吸收能力、制造通用性、小外形尺寸和面向商业应用的器件可靠性方面取得了重大进展。我们的方法为制造应用广泛的复杂复合材料提供了一种范例。
图文导读
图1：不同激光加工方法的示意图
图 2：激光诱导石墨烯（LIG）、LIG@NiFe2O4 和 rGO/LIG@NiFe2O4 的形态特征。
图3：不同样品的结构特征
图4：磁屏蔽和电磁干扰屏蔽效果。
图5：激光加工过程中 rGO/LIG@NiFe2O4 和 LIG@NiFe2O4 复合材料的有限元分析。
图6：电磁干扰屏蔽性能评估和合理机制示意图。
小结
总之，我们展示了一种 “模仿爆米花制作 “的高导电多孔复合薄膜制备策略，通过在导电多孔纳米碳宿主内均匀装载稳定的磁性纳米粒子，最大限度地发挥磁电协同效应。这种方法极大地提高了激光脉冲能量传递效率，克服了长期存在的热量分布不均匀的难题，避免了爆炸和燃烧效应。它在 PI 基底上实现了 70 µm（单面）36dB和166µm（双面）51 dB 的总电磁干扰屏蔽效果，相应的吸收比分别提高到75% 和73%。此外，rGO/LIG@NiFe2O4 复合薄膜实现了 20906dB cm2 g-1 的超高绝对屏蔽效能（SSE/t）和 57.5 MPa 的拉伸强度。它甚至可以承受 10000 次弯曲和 500 小时的严酷老化，而不会出现明显的性能退化。
我们的策略不仅为电磁干扰屏蔽机制和材料的发展提供了启示，而且还显示出卓越的制造通用性、小外形尺寸和器件可靠性。这种复合结构不仅可以通过增加激光功率输出和光束尺寸来大规模制备，而且可以通过方便地调整前驱体和加工参数来调节其性质。它为复合复杂的纳米结构，实现多功能的先进应用开辟了新的范例。
文献：https://doi.org/10.1038/s41467-024-49498-1
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