中國科研團(tuán)隊研發(fā)出高性能石墨烯電磁屏蔽材料

在日常生活和工作中，電子設(shè)備運(yùn)行時會產(chǎn)生電磁輻射，可能會給人們的健康帶來不良影響，各設(shè)備間的電磁干擾也會嚴(yán)重影響電子設(shè)備的性能及其正常運(yùn)行。因此，發(fā)展新型電磁屏蔽材料，尤其是高性能電磁屏蔽材料是解決電磁污染的關(guān)鍵。

如今，各種電子設(shè)備越來越多地應(yīng)用于人們的生活和工作中，但是電子設(shè)備在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生電磁輻射，可能會給人們的健康帶來不良影響，各設(shè)備間的電磁干擾也會造成信號被攔截、數(shù)據(jù)丟失等，嚴(yán)重影響電子設(shè)備的性能及其正常運(yùn)行。特別是隨著物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、可穿戴設(shè)備的發(fā)展，電子設(shè)備越來越復(fù)雜、體積越來越小、精度要求越來越高，要保證這些高度集成、高功率的電子設(shè)備正常運(yùn)行，電磁干擾屏蔽至關(guān)重要。

發(fā)展新型電磁屏蔽材料是解決電磁污染的關(guān)鍵，特別是超薄、輕質(zhì)并具有優(yōu)異力學(xué)強(qiáng)度和可靠性的高性能電磁屏蔽材料。日前，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究員衡利蘋團(tuán)隊研發(fā)了一種具有超潤滑界面的還原氧化石墨烯/液態(tài)金屬(S-rGO/LM)異質(zhì)層狀納米復(fù)合材料，可用于高性能穩(wěn)定的電磁屏蔽。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)學(xué)會·納米》上。

用石墨烯研發(fā)高性能柔性電磁屏蔽材料

電磁屏蔽材料是能夠通過吸收、反射等方式來衰減電磁波能量傳播，以有效抑制電磁干擾和污染的功能材料。

人們希望，電子設(shè)備在工作時，既不被外界電磁波干擾，又不輻射出電磁波干擾其他設(shè)備或危害人體健康，因此電子設(shè)備運(yùn)行時，自身產(chǎn)生的電磁波需要被吸收，而外界入射的電磁波需要被反射或吸收。銅、鋁等金屬是常用的電磁屏蔽材料，但它們?nèi)菀妆桓g、密度大、重量重，并以反射電磁波為主，會造成二次電磁污染。特別是傳統(tǒng)的金屬材料不具備柔性，難以被應(yīng)用在柔性電磁屏蔽領(lǐng)域。

鎵基液態(tài)金屬(LM)是目前柔性電子制造應(yīng)用最廣泛的材料，這主要?dú)w因于其具有低熔點(diǎn)、低黏度、高電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率等物理特性。衡利蘋說，隨著對具備室溫流動性的鎵金屬、鎵基合金液態(tài)金屬材料研究的逐步深入，其在柔性電磁屏蔽材料領(lǐng)域已表現(xiàn)出相當(dāng)大的潛力。

但是現(xiàn)有的鎵基液態(tài)金屬電磁屏蔽材料普遍需要與絕緣的聚合物基材共混，以得到具備一定機(jī)械強(qiáng)度、可實(shí)際應(yīng)用的電磁屏蔽材料。而材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性越好，對電磁的屏蔽效能就越高，鎵基液態(tài)金屬電磁屏蔽材料與絕緣的聚合物基材共混，會損失鎵基液態(tài)金屬的導(dǎo)電性能，使電磁屏蔽性能無法達(dá)到最佳水平。使用一種本身也具備超高電導(dǎo)率的基材來構(gòu)建液態(tài)金屬柔性復(fù)合材料，成為提升液態(tài)金屬柔性電磁屏蔽復(fù)合材料性能的關(guān)鍵。于是，石墨烯進(jìn)入了衡利蘋團(tuán)隊的視線。

石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，本身就可以保持很好的導(dǎo)電性。氧化石墨烯(GO)對鎵基液態(tài)金屬還起到了良好的橋接作用，因此，在S-rGO/LM材料內(nèi)部，可形成連續(xù)完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。材料厚度僅需33微米，就可屏蔽99%的入射電磁波，且對X波段的電磁屏蔽效率較高。

可作為抗結(jié)冰、除冰功能材料使用

聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有耐熱性、耐寒性、防水性、導(dǎo)熱性以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，電絕緣性和疏水性能好，可在-50℃—200℃下長期使用。目前，PDMS已廣泛用于絕緣潤滑、防震、防油塵和熱載體等。

該團(tuán)隊先將S-rGO/LM材料在稀釋后的PDMS溶液中浸涂，隨后再對其旋轉(zhuǎn)涂抹硅油，使其獲得超潤滑特性。衡利蘋說，得益于材料本身的穩(wěn)定性和超潤滑界面的協(xié)同保護(hù)，S-rGO/LM材料在極限工作溫度中，嚴(yán)重機(jī)械磨損后，依然能保持良好的電磁屏蔽能力。

除了具有出色的電磁屏蔽性能外，S-rGO/LM材料還具備優(yōu)秀的熱管理性能。實(shí)驗顯示，在1個太陽光照功率(100毫瓦/平方厘米)照射下，S-rGO/LM材料的表面溫度在40秒內(nèi)就可達(dá)到47.5℃。這表明，在低溫地區(qū)，S-rGO/LM還可以作為具有抗結(jié)冰、除冰功能的材料來使用。

資料來源：中國復(fù)合材料學(xué)會，石墨烯資訊編輯整理

審核編輯：劉清