聚合物/石墨烯多孔电磁屏蔽材料结构设计的综述发表在Chemical Engineering Journal上

Recent progress in structural design of graphene/polymer porous composites toward electromagnetic interference shielding application. Chemical Engineering Journal, 2024, in press.

面向电磁屏蔽应用的聚合物/石墨烯多孔复合材料结构设计研究进展

陈杰、刘宇龙、孙得翔、祁晓东、杨静晖、王勇*

随着应用环境的日益复杂化和多样化，目前广泛应用的传统金属基电磁干扰（Electromagnetic interference, EMI）屏蔽材料与集成化、小型化和无污染化等时代需求背道而驰。为了应对这个挑战，聚合物基多孔EMI屏蔽材料近年来应运而生，致力于推动EMI屏蔽材料朝着轻量化和高性能化方向发展。在众多的导电填料中，石墨烯凭借其优越的特性，如超高的电导率和极大的比表面积，被认定是用于聚合物基多孔EMI屏蔽材料的理想填料。除了电导率被认为是影响聚合物基EMI屏蔽材料屏蔽性能的重要因素外，合理的结构设计也被证实是获得理想屏蔽性能的先决条件。

本文从组装手段的角度，包括多孔膜、泡沫、气凝胶和水凝胶，综述了近年来聚合物/石墨烯多孔EMI屏蔽材料的结构设计策略。总结了具有不同结构屏蔽材料的制备方法，并对其优缺点进行了评价。阐明了各种屏蔽材料结构与性能之间的关系，并讨论了这些屏蔽材料的应用。还对与屏蔽性能相关的关键参数进行了综合比较，以揭示各种组装方法对屏蔽性能的调控机理及各自的相对优势。最后，对技术问题和潜在的解决方案提出了见解，并对该类屏蔽材料的未来发展趋势进行了展望。本文将为轻质、高性能和多功能EMI屏蔽材料的结构设计提供及时的参考。

图1. 石墨烯/聚合物基多孔EMI屏蔽材料结构设计策略概述示意图。

图2. 由多孔碳/聚合物层和石墨烯/聚合物层组成的双层膜（a）、由多孔碳/聚合物层和石墨烯/聚合物层组成的多层膜（b）以及由多孔石墨烯层和聚合物层组成的多层膜（c）的示意图。

图3. 通过浸涂（石墨烯片覆盖在泡沫骨架上）（a）、CO₂发泡（石墨烯片填充在泡沫骨架内部）（b）和CVD（石墨烯泡沫涂有一层聚合物）（c）制备的泡沫基EMI屏蔽材料的示意图。

图4. 通过冷冻干燥（石墨烯片分散在聚合物基体中）（a）和浸润（石墨烯气凝胶涂有聚合物）（b）制备的气凝胶基EMI屏蔽材料的示意图。

本工作以“Recent progress in structural design of graphene/polymer porous composites toward electromagnetic interference shielding application”为题发表在工程技术类一区期刊Chemical Engineering Journal上。论文的第一作者为西南交通大学化学学院2021级博士生陈杰，通讯作者为西南交通大学化学学院王勇教授。