寧波材料所石墨烯基電磁屏蔽材料研究獲進展

　　石墨烯作為新興材料，受到廣泛關注。近期，中國科學院寧波材料所在石墨烯基電磁屏蔽材料研究方面取得系列進展，對我國石墨烯材料發(fā)展起了重要作用。
　　
　　隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的快速發(fā)展，各種無線通信系統(tǒng)和高頻電子器件數(shù)量急劇增加，內(nèi)部芯片密集化程度逐漸提高，導致電磁干擾現(xiàn)象和電磁污染問題日益突出，不僅在通信領域中對信號的產(chǎn)生、傳播和接收造成了極大的影響，而且給人類社會的生產(chǎn)與生活帶來了不容忽視的危害。為了有效地抑制電磁干擾和電磁污染，設計并制備高效電磁屏蔽材料已成為一個迫切需要解決的問題。石墨烯是碳原子以sp2雜化軌道呈蜂巢晶格排列構成的單層二維晶體，自2004年被曼切斯特大學教授Geim團隊報道后引起了科學家的廣泛關注，其中優(yōu)異的導電性能使其在電磁屏蔽領域極具發(fā)展?jié)摿Α?BR>　　
　　近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所高分子事業(yè)部鄭文革團隊也在石墨烯基電磁屏蔽材料研究方面取得系列進展。首先，考慮到“以石墨烯片層為構筑單元來直接組裝構建結(jié)構有序的石墨烯基宏觀材料有利于最大程度地發(fā)揮石墨烯片層優(yōu)異的導電性能”，研究人員通過“高溫石墨化處理氧化石墨烯（GO）薄膜”的方法制備出了具有緊密堆積層狀結(jié)構的宏觀石墨烯薄膜（圖1），其中石墨化處理目的是分解GO片層含氧基團并對其結(jié)構缺陷進行有效修復，最后所得石墨烯薄膜具有很高的熱導率、電導率、電磁屏蔽效能以及很好的柔韌性，厚度僅為~8μm的樣品的室溫平面熱導率高達~1100W/m·K，平面電導率高達~1000S/cm，在X波段上屏蔽效能接近~20dB，相關結(jié)果發(fā)表在Advanced Functional Materials,2014,24:4542。近期，研究人員的研究還表明在石墨烯薄膜中引入適當?shù)奈⒖捉Y(jié)構可以大大增強電磁波在微孔內(nèi)部的多重反射衰減（圖2），從而進一步提升薄膜的電磁屏蔽性能，相關工作發(fā)表在Carbon,2016,102:154。
　　
　　與石墨烯薄膜類似，研究人員以先前采用非溶劑誘導相分離和熱亞胺化相結(jié)合方法所制備出的聚酰亞胺（PI）/石墨烯復合微發(fā)泡薄膜材料為先驅(qū)體（相關工作發(fā)表在RSCAdvances,2016,5:24342），利用高溫碳化和石墨化的方法制備出了具有微孔結(jié)構的超薄碳膜（圖3），其中石墨烯的存在可以穩(wěn)定微孔結(jié)構并加速薄膜石墨化進程，微孔結(jié)構的存在可以增強電磁屏蔽效能，結(jié)果顯示厚度僅為~24μm的樣品在X波段上屏蔽效能高達~24dB，繼續(xù)提升樣品厚度至~73μm可進一步提高屏蔽效能到~51dB，同時該超薄碳膜還具有極高的熱穩(wěn)定性（空氣中分解溫度高達550oC），相關工作發(fā)表在Carbon,2016,100:375。
　　
　　除上述研究之外，研究人員還以聚氨酯（PU）海綿為基體，并在其內(nèi)部孔結(jié)構表面涂覆石墨烯制備了具有優(yōu)異壓縮性能的石墨烯復合泡沫，該石墨烯復合泡沫具有優(yōu)異的綜合電磁屏蔽性能；同時利用壓縮過程可以改變石墨烯復合泡沫內(nèi)部孔結(jié)構的比表面積，從而改變電磁波在孔內(nèi)部的多重反射衰減情況，實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)對石墨烯復合泡沫的電磁屏蔽性能進行有效的調(diào)控，相關結(jié)果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces,2016,DOI:10.1021/acsami.5b11715。
　　
　　上述工作得到了中國博士后科學基金（2015M570531）以及國家自然科學基金（51473181，61274110）的大力資助。