隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的快速發(fā)展，各種無(wú)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(dǎo)致電磁干擾現(xiàn)象和電磁污染問(wèn)題日益突出，不僅在通信領(lǐng)域中對(duì)信號(hào)的產(chǎn)生、傳播和接收造成了極大的影響，而且給人類社會(huì)的生產(chǎn)與生活帶來(lái)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(shè)計(jì)并制備高效電磁屏蔽材料已成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。石墨烯，碳原子以sp²雜化軌道呈蜂巢晶格排列構(gòu)成的單層二維晶體，自2004年被曼切斯特大學(xué)的Geim教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道后引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注，其中優(yōu)異的導(dǎo)電性能使其在電磁屏蔽領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

近期，寧波材料所高分子事業(yè)部鄭文革團(tuán)隊(duì)也在石墨烯基電磁屏蔽材料研究方面取得系列進(jìn)展。首先，考慮到“以石墨烯片層為構(gòu)筑單元來(lái)直接組裝構(gòu)建結(jié)構(gòu)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(dǎo)電性能”，研究人員通過(guò)“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(gòu)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(tuán)并對(duì)其結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行有效修復(fù)，最后所得石墨烯薄膜具有很高的熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率、電磁屏蔽效能以及很好的柔韌性，厚度僅為~8μm樣品的室溫平面熱導(dǎo)率高達(dá)~1100W/m·K，平面電導(dǎo)率高達(dá)~1000S/cm，在X波段上屏蔽效能接近~20dB，相關(guān)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(dāng)?shù)奈⒖捉Y(jié)構(gòu)可以大大增強(qiáng)電磁波在微孔內(nèi)部的多重反射衰減（圖2），從而進(jìn)一步提升薄膜的電磁屏蔽性能，相關(guān)工作發(fā)表在Carbon,2016,102:154。

與石墨烯薄膜類似地，研究人員以先前采用非溶劑誘導(dǎo)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(fù)合微發(fā)泡薄膜材料為先驅(qū)體（相關(guān)工作發(fā)表在RSC Advances,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(gòu)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(gòu)并加速薄膜石墨化進(jìn)程，微孔結(jié)構(gòu)的存在可以增強(qiáng)電磁屏蔽效能，結(jié)果顯示厚度僅為~24 μm樣品的在X波段上屏蔽效能高達(dá)~24 dB，繼續(xù)提升樣品厚度至~73 μm可進(jìn)一步提高屏蔽效能到~51dB，同時(shí)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(dá)550oC），相關(guān)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(gòu)表面涂覆石墨烯制備了具有優(yōu)異壓縮性能的石墨烯復(fù)合泡沫，該石墨烯復(fù)合泡沫具有優(yōu)異的綜合電磁屏蔽性能；同時(shí)利用壓縮過(guò)程可以改變石墨烯復(fù)合泡沫內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)對(duì)石墨烯復(fù)合泡沫的電磁屏蔽性能進(jìn)行有效的調(diào)控，相關(guān)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(guó)博士后科學(xué)基金（2015M570531）以及國(guó)家自然科學(xué)基金（51473181，61274110）的大力資助。

圖1. (a)石墨烯薄膜制備過(guò)程示意圖；(b)石墨烯薄膜的電磁屏蔽性能；（c）石墨烯薄膜的導(dǎo)熱性能以及與其它材料的比較結(jié)果。

圖2. 電磁屏蔽過(guò)程中電磁波在石墨烯薄膜微孔結(jié)構(gòu)中的多重反射衰減示意圖。

圖3.（a）超薄碳膜的制備過(guò)程示意圖；（b）超薄碳膜的電磁屏蔽性能；（c）超薄碳膜在空氣氛圍中的TGA曲線。

（高分子事業(yè)部 沈斌）

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院寧波工業(yè)技術(shù)研究院（籌）