高性能電磁波屏蔽材料已成為解決電磁波污染的關(guān)鍵技術(shù)

信息時(shí)代電子電氣設(shè)備的迅猛發(fā)展在給人們帶來(lái)方便的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的負(fù)面效應(yīng)，如電磁信息泄露、電磁環(huán)境污染和電磁干擾等新的環(huán)境污染問(wèn)題。高性能電磁波屏蔽材料已成為解決電磁波污染的關(guān)鍵技術(shù)。隨著高頻高速5G時(shí)代的到來(lái)以及可穿戴設(shè)備的發(fā)展，對(duì)電磁屏蔽材料提出了更高的要求。金屬材料雖具有良好的電磁屏蔽性能，但其密度大、易腐蝕等特點(diǎn)限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。因此，發(fā)展高效、輕質(zhì)、柔性、耐腐蝕金屬基電磁波屏蔽材料是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

近日，香港中文大學(xué)教授廖維新，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院汪正平、孫蓉團(tuán)隊(duì)在國(guó)際納米材料期刊Small上發(fā)表了最新研究成果Anticorrosive, ultra-light and flexible carbon-wrapped metallic nanowire hybrid sponges for highly efficient electromagnetic interference shielding（《用于高性能電磁屏蔽的耐腐蝕輕質(zhì)柔性碳包覆金屬納米線雜化泡棉》）。科研人員采用水熱法和高溫退火制備了碳包覆銀納米線雜化海綿（Ag@C），該Ag@C海綿具有超輕（極低的密度3.2 mg/cm3）、良好的力學(xué)性能（可彎折、扭曲，以及在90%壓縮應(yīng)變下完全回復(fù)）和優(yōu)異的電磁波屏蔽性能（在X-band和Ku-band高于70 dB）。更為重要的是，由于殼層碳對(duì)銀線的有效包覆及其特殊的多孔結(jié)構(gòu)，Ag@C海綿表現(xiàn)出超疏水（水接觸角158o）和優(yōu)異的耐腐蝕性能（在pH=0的硝酸溶液下浸泡7天屏蔽性能無(wú)明顯變化）。該雜化海綿結(jié)合了金屬優(yōu)異的屏蔽性能和碳材料的輕質(zhì)、柔性和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料和普通碳材料。該工作為開(kāi)發(fā)高效、輕質(zhì)、柔性、耐腐蝕金屬基電磁屏蔽材料提供了新的設(shè)計(jì)思路。香港中文大學(xué)博士生萬(wàn)艷君為論文第一作者，廖維新、孫蓉為論文的共同通訊作者，團(tuán)隊(duì)成員研究員朱朋莉和于淑會(huì)參與了該項(xiàng)研究工作。

此外，研究團(tuán)隊(duì)將廉價(jià)易得的纖維素纖維與氧化石墨烯相結(jié)合，通過(guò)調(diào)控二者比例、退火溫度及氣氛，開(kāi)發(fā)了超輕（密度僅為2.83 mg/cm3）且力學(xué)性能優(yōu)異的高效電磁屏蔽（47.8 dB）氣凝膠（Carbon,2017; 115: 629-639）。在該研究基礎(chǔ)上，結(jié)合團(tuán)隊(duì)前期石墨烯復(fù)合材料的研究（Composites Science and Technology,2016; 122: 27-35(Highly Cited Paper,Web of Science)；RSC Advances, 2016, 6(61): 56589-56598；Composites Science and Technology,2017; 141: 48-55），團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了一種摻雜石墨烯紙，通過(guò)對(duì)選取的大尺寸石墨烯進(jìn)行碘摻雜，一方面大尺寸石墨烯具有較好的共軛結(jié)構(gòu)，有利于提高其載流子傳輸；另一方面碘摻雜進(jìn)一步提高了其載流子密度。因此，該摻雜石墨烯紙表現(xiàn)出優(yōu)異的電磁波屏蔽性能（厚度僅為12.5微米，屏蔽效能高達(dá)52.2 dB）且力學(xué)性能相比于未摻雜石墨烯紙無(wú)明顯下降（Carbon,2017; 122: 74-81）。該研究工作為開(kāi)發(fā)高性能石墨烯基屏蔽膜提供了新的方法。

相關(guān)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專(zhuān)項(xiàng)（2017YFB0406300）、香港研究資助局（T23-407/13-N）、先進(jìn)電子封裝材料廣東省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2011D052）、廣東省高密度電子封裝關(guān)鍵材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（2014B030301014）等項(xiàng)目的資助。

圖1、高性能電磁屏蔽碳包覆銀納米線雜化海綿的制備：（a）Ag@C的制備示意圖；（b）碳化前與（c）碳化后雜化海綿示意圖及實(shí)物圖；（d）不同形狀的雜化海綿，表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能；（e）雜化海綿屏蔽電磁波原理示意圖。

圖2、雜化海綿形貌結(jié)構(gòu)及其在不同厚度和頻段下的電磁屏蔽性能

圖3、經(jīng)硝酸（pH=0）溶液浸泡7天后雜化海綿的屏蔽性能和形貌結(jié)構(gòu)