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中科院城市環境所在新型碳基電磁屏蔽材料制備方面取得進展

放大字體  縮小字體 發布日期:2020-04-30  來源:中科院城市環境研究所  瀏覽次數:779
核心提示:先進電子設備和無線通信技術的高速發展給人們生活帶來了極大的便利,但同時也產生了不容忽視的電磁輻射污染問題,這不僅會嚴重干
      先進電子設備和無線通信技術的高速發展給人們生活帶來了極大的便利,但同時也產生了不容忽視的電磁輻射污染問題,這不僅會嚴重干擾周邊電子元件的正常運行,降低信息安全性和通信質量,而且會危害人類的身體健康。隨著5G時代引領的新一代高度集成、高功率和高頻電子器件數量的急劇增加,電磁干擾和輻射問題日益突出。開發高性能電磁屏蔽材料是抑制電磁干擾和污染的重要手段,也是保證電子設備正常運轉不可或缺的組件。不斷微型化、輕量化、柔性化和智能化的電子產品和器件除了要求電磁屏蔽材料具備高屏蔽性能外,還提出了輕質、薄層、柔韌等特性的要求。傳統金屬屏蔽材料因其密度大、易腐蝕、韌性差等問題已難以滿足材料發展的新期待,開發新型替代傳統金屬的屏蔽材料勢在必行。

 

 

以石墨烯、碳納米管、碳纖維、活性炭等制備的碳基屏蔽材料具有輕質、耐腐蝕、性能可調等優點而受到研究者的青睞,并相繼開發了碳基聚合物復合材料、碳氣凝膠材料和碳膜材料等。然而,為了獲得優異的電磁屏蔽效能,聚合物復合材料和氣凝膠材料的厚度往往達到了毫米甚至厘米級,高溫熱處理的碳膜材料則機械性能差、柔韌性不足,上述問題嚴重阻礙了實際應用。因此,開發集質量輕、厚度小、柔韌性好、屏蔽性能優于一體的新型電磁屏蔽材料依然面臨不小的挑戰。

 

基于此,中國科學院城市環境研究所清潔能源技術與炭材料研究組(汪印團隊)以氧化石墨烯納米片層自組裝合成的薄膜作為前驅體,通過還原同時受限發泡的方法在薄膜內可控構建均勻分層的多孔結構,制備了柔性多孔石墨烯膜。分離石墨烯片層間牢固連接形成的多孔結構可以有效實現載荷傳輸,賦予了石墨烯膜優異的折疊回彈性能和柔韌性;該折疊彈性在高溫和液氮(-196℃)超低溫處理以及千次循環折疊后均未改變。此外,多孔結構增加了電磁波在膜內的多重反射次數,有效提高了材料對電磁波的吸收損耗和屏蔽性能。因此,所制備的多孔石墨烯膜在厚度低于200 μm時仍具有超高的屏蔽效能(~63.0 dB,屏蔽99.99995%的入射電磁波),遠高于應用水平20 dB的要求,同時密度僅為48 mg/cm3,歸一化比屏蔽效能SSE/t高達49750 dB cm2/g。本工作實現了輕薄、柔韌性好和屏蔽效能優異的電磁屏蔽材料的可控制備,新材料在柔性電子器件、穿戴式/可折疊電子產品等領域的電磁屏蔽方面具有良好的應用前景。

 

相關成果以Controllable fabrication of elastomeric and porous graphene films with superior foldable behavior and excellent electromagnetic interference shielding performance 為題發表于Carbon2020, 158728-737。該研究得到中日國際合作重大專項、福建省工業引導性項目和國家自然科學基金等的資助。

 

 

 圖:多孔石墨烯薄膜制備原理和性能展示

 
 
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