成果简介
电磁信号安全和电磁波污染已成为当代信息时代被忽视的问题。石墨烯基材料因其独特的结构特征和优异的电磁特性，成为解决这两个问题最有希望的候选材料。设计具有可控多尺度结构和优异特性的超薄石墨烯基材料可以有效提高电磁屏蔽参数。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“Recent progress in graphene based materials for high-performance electromagnetic shielding”的综述，系统总结了石墨烯基材料的多尺度设计策略及在高性能电磁屏蔽中的应用的最新进展。
首先详细讨论了电磁屏蔽的机理和关键影响因素。然后，概述了石墨烯在电磁屏蔽领域的优势和多尺度结构，包括缺陷、掺杂和致密化。第三，回顾并比较了各种微/宏观尺度的石墨烯基材料，如纯石墨烯薄膜、泡沫、复合材料和多功能石墨烯材料，同时深入分析了石墨烯结构与电磁屏蔽价值之间的关系。最后，预测了基于石墨烯的电磁屏蔽应用领域目前面临的挑战和未来前景。本综述将为高性能石墨烯基电磁屏蔽提供新的思路和方向。
图文导读
图1.用于EMI屏蔽的石墨烯基材料及其结构参数，包括微观/宏观结构和复合材料在内的多尺度设计策略。
2.1 EM屏蔽机制
图2.石墨烯基材料的三种典型 EMI 屏蔽机制：（a） 总EMI机制，包括吸收损耗和反射损耗。（b） 用于EMI的导电网络。（c） EMI的磁损耗。以及 （d） EMI 的多重反射和散射。
2.2 设计方法
图3.用于 EMI 的石墨烯基材料的微结构设计策略。
图4.用于EMI的石墨烯基材料的宏观结构设计策略。
2.3. 石墨烯材料用于EMI屏蔽
图5.用于 EMI 的纯石墨烯薄膜。
图6.用于 EMI 的石墨烯泡沫。
图7.用于 EMI 的石墨烯/CNT 复合材料。
图8、多功能石墨烯复合材料的应用。
小结与展望
总之，石墨烯基材料因其出色的结构和增强的性能而具有高柔性、轻质、耐腐蚀和耐高温等特点。它们在各种电磁屏蔽材料中显示出巨大的应用潜力，已被广泛应用于柔性电子器件、航天器、通信设备等领域。优化石墨烯材料的结构有望获得令人满意的电磁干扰特性。本文从电磁干扰机理、影响因子和多尺度结构等方面进行了全面概述。概述了许多用于 EMI 的单晶石墨烯材料和二元复合材料，还讨论了具有多功能应用的 EMI。然而，要在未来实现全面的 EMI 应用，仍需解决几个难题。
首先，石墨烯材料的电磁干扰机理基于极化弛豫和多重反射，这与电子导电性和孔隙率有关。目前已有许多策略致力于提高电子导电率和孔隙率。然而，电子导电率和孔隙率之间的关系是矛盾的，基本的精细结构-功能关系仍不清楚，严重限制了 EMI 性能。因此，应开展系统而深入的研究，特别是先进的表征技术，以揭示 EMI 性能的优化结构。
其次，石墨烯材料的 EMI 性能很大程度上取决于其晶格缺陷、晶体结构和形态等微观结构。人们设计了各种微观结构，包括完美石墨化结构、层状结构和有序多孔结构，以改善 EMI 性能。然而，大规模、连续地制备具有特定微观结构的石墨烯材料仍然存在困难。因此，开发和结合先进的制造技术迫在眉睫。此外，还需要协调理论模型，以优化微观结构和制造工艺。
第三，EMI 材料大规模应用于民用无线电子设备和军用探测仪器的频率很高，这与材料的机械性能和加工性能分不开。考虑到这一点，超薄石墨烯材料即使在外力作用下也应满足机械强度要求。因此，开发超薄高强度石墨烯材料有利于其大规模应用。
第四，将 EMI 与多种功能集成正在成为智能设备领域的发展前景。目前已经设计和制造出许多具有 EMI 和热管理、健康监测和焦耳加热等功能的智能设备。基于此，石墨烯材料应能在多种极端环境下显示出稳定、可调的 EMI 波段。稳定的石墨烯结构，如新型图案结构，应适用于复杂情况下的工作频率。此外，石墨烯材料还应具有良好的多功能性。因此，探索石墨烯材料的多功能性有利于 EMI 的应用。
最后，石墨烯基材料在具有多种功能的新型微/宏观结构下表现出优异的 EMI 特性，可用于智能设备。从影响因素到微/宏观结构，再到 EMI 的实际应用，我们总结出了系统的机理和全面的定制策略。我们坚信，石墨烯基材料在智能电子设备中有着广阔的应用前景。
文献:https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.120093
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