高性能电磁波屏蔽材料已成为解决电磁波污染的关键技术

信息时代电子电气设备的迅猛发展在给人们带来方便的同时，也产生了大量的负面效应，如电磁信息泄露、电磁环境污染和电磁干扰等新的环境污染问题。高性能电磁波屏蔽材料已成为解决电磁波污染的关键技术。随着高频高速5G时代的到来以及可穿戴设备的发展，对电磁屏蔽材料提出了更高的要求。金属材料虽具有良好的电磁屏蔽性能，但其密度大、易腐蚀等特点限制了其进一步应用。因此，发展高效、轻质、柔性、耐腐蚀金属基电磁波屏蔽材料是一项重大挑战。

近日，香港中文大学教授廖维新，中国科学院深圳先进技术研究院汪正平、孙蓉团队在国际纳米材料期刊Small上发表了最新研究成果Anticorrosive, ultra-light and flexible carbon-wrapped metallic nanowire hybrid sponges for highly efficient electromagnetic interference shielding（《用于高性能电磁屏蔽的耐腐蚀轻质柔性碳包覆金属纳米线杂化泡棉》）。科研人员采用水热法和高温退火制备了碳包覆银纳米线杂化海绵（Ag@C），该Ag@C海绵具有超轻（极低的密度3.2 mg/cm3）、良好的力学性能（可弯折、扭曲，以及在90%压缩应变下完全回复）和优异的电磁波屏蔽性能（在X-band和Ku-band高于70 dB）。更为重要的是，由于壳层碳对银线的有效包覆及其特殊的多孔结构，Ag@C海绵表现出超疏水（水接触角158o）和优异的耐腐蚀性能（在pH=0的硝酸溶液下浸泡7天屏蔽性能无明显变化）。该杂化海绵结合了金属优异的屏蔽性能和碳材料的轻质、柔性和耐腐蚀等优点，综合性能远优于传统金属材料和普通碳材料。该工作为开发高效、轻质、柔性、耐腐蚀金属基电磁屏蔽材料提供了新的设计思路。香港中文大学博士生万艳君为论文第一作者，廖维新、孙蓉为论文的共同通讯作者，团队成员研究员朱朋莉和于淑会参与了该项研究工作。

此外，研究团队将廉价易得的纤维素纤维与氧化石墨烯相结合，通过调控二者比例、退火温度及气氛，开发了超轻（密度仅为2.83 mg/cm3）且力学性能优异的高效电磁屏蔽（47.8 dB）气凝胶（Carbon,2017; 115: 629-639）。在该研究基础上，结合团队前期石墨烯复合材料的研究（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），团队还发展了一种掺杂石墨烯纸，通过对选取的大尺寸石墨烯进行碘掺杂，一方面大尺寸石墨烯具有较好的共轭结构，有利于提高其载流子传输；另一方面碘掺杂进一步提高了其载流子密度。因此，该掺杂石墨烯纸表现出优异的电磁波屏蔽性能（厚度仅为12.5微米，屏蔽效能高达52.2 dB）且力学性能相比于未掺杂石墨烯纸无明显下降（Carbon,2017; 122: 74-81）。该研究工作为开发高性能石墨烯基屏蔽膜提供了新的方法。

相关工作得到了国家重点研发专项（2017YFB0406300）、香港研究资助局（T23-407/13-N）、先进电子封装材料广东省创新团队（2011D052）、广东省高密度电子封装关键材料重点实验室（2014B030301014）等项目的资助。

图1、高性能电磁屏蔽碳包覆银纳米线杂化海绵的制备：（a）Ag@C的制备示意图；（b）碳化前与（c）碳化后杂化海绵示意图及实物图；（d）不同形状的杂化海绵，表现出优异的力学性能；（e）杂化海绵屏蔽电磁波原理示意图。

图2、杂化海绵形貌结构及其在不同厚度和频段下的电磁屏蔽性能

图3、经硝酸（pH=0）溶液浸泡7天后杂化海绵的屏蔽性能和形貌结构