成果简介
基于石墨烯的宏组装薄膜可被视为便携式电子设备电磁屏蔽（EMI）和热管理的潜在材料。本文，江西理工大学刘先斌 副教授、吴子平 教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Sandwich-structure CNT-graphene film with covalent bond for high-performance electromagnetic shielding and thermal management”的论文，研究通过石墨化焊接制作了一种具有共价键的碳纳米管和石墨烯复合薄膜（CNT-gGF）。所制备的共价键 CNT-gGF 以碳纳米管焊接石墨烯层的三明治结构为骨架，具有超过纯石墨烯薄膜13000S cm-1的优异导电性。
这些独特的结构赋予了CNT-gGF薄膜突出的机械性能和柔韧性（1000 次循环后仍具有抗折性）。重要的是，在 5-22 GHz 的宽频范围内，厚度仅为 20 μm 的 CNT-gGF 薄膜的 EMI 值超过 55 dB。事实证明，CNT-gGF 在高温、低温和灼烧等各种极端环境下都能表现出稳定的 EMI 特性。此外，CNT-gGF 的热导率高达912Wm-1 K-1，因此 CNT-gGF 在不同电压和手机上都有很好的散热应用。因此，这种大尺寸CNT-gGF 薄膜在高性能 EMI 和热管理方面具有良好的应用潜力，这项研究为石墨烯基薄膜在可穿戴电子设备和 5G 通信领域的极端需求提供了有利的指导。
图文导读
图1.CNT-gGF薄膜的制备方法及显微结构表征
图2.制备的CNT-gGF薄膜的结构分析.
图3. CNT-gGF 和 gGF 薄膜的性能比较
图4. 系列 CNT-gGF 薄膜的 EMI 性能和应用
图5. CNT-gGF薄膜的热性能和应用
小结
总之，通过石墨化焊接制备了一种夹层结构的 CNT-gGF 薄膜。夹层结构 CNT-gGF 薄膜是以石墨烯层为骨架，将 CNT 焊接在石墨烯层之间，形成相互连接的多孔状。利用共价键结构，CNT-gGF 薄膜不仅具有优异的机械性能（16.8 兆帕）和柔韧性（弯曲次数大于 1000 次），还具有 13000 S cm-1 的高电导率。因此，厚度为 20 μm 的超薄夹层结构 CNT-gGF 薄膜具有出色的电磁干扰特性，在相对较宽的频率范围内，电磁干扰值高达 55 dB 以上。实验还证明，CNT-gGF 薄膜即使在各种极端条件下，如高温/低温、燃烧条件和反复弯曲，也能保持稳定的 EMI 性能。此外，CNT-gGF 薄膜在不同电压和手机上的散热应用也各不相同。因此，与纯石墨烯薄膜相比，CNT-gGF 薄膜具有更优越的电磁干扰和热扩散性能。这项研究将实现石墨烯基薄膜在可穿戴电子设备和5G通信新领域的制备和应用。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119420
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