復(fù)合材料的電磁干擾（EMI）屏蔽性能通常受其電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的限制，而電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率在很大程度上取決于導(dǎo)電填料的含量、長(zhǎng)寬比、磁導(dǎo)率等。較高的填料含量通常會(huì)導(dǎo)致成本高、分散性差且易于團(tuán)聚，使聚合物復(fù)合材料機(jī)械易碎且難以加工。因此，非常需要開(kāi)發(fā)具有低導(dǎo)電填料含量，同時(shí)保持其高EMI屏蔽性能的復(fù)合材料。在此，在我們的工作中，具有極低石墨烯負(fù)載的石墨烯/聚合物復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了高性能的EMI屏蔽。通過(guò)獨(dú)特的雙向凍結(jié)技術(shù)，制備了具有雙軸排列層狀結(jié)構(gòu)的3D導(dǎo)電石墨烯網(wǎng)絡(luò)。借助這種類似珍珠母的、高度對(duì)齊的網(wǎng)絡(luò)，我們的石墨烯/聚合物復(fù)合材料表現(xiàn)出各向異性的導(dǎo)電性、機(jī)械性能，因此在極低的石墨烯含量下具有出色的EMI屏蔽效果。具體而言，具有0.42 wt％石墨烯含量的復(fù)合材料在將石墨烯氣凝膠在2500℃退火后顯示出約65 dB的增強(qiáng)EMI屏蔽效果，這與銅箔相當(dāng)。更顯著的是，由于復(fù)合材料的密度低，其特定的屏蔽效果甚至高于具有高導(dǎo)電填料含量的金屬箔和固體材料的屏蔽效果。
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Figure 1. （a-d）各向異性石墨烯/PDMS復(fù)合材料制造過(guò)程的示意圖。GO氣凝膠（e）、石墨烯氣凝膠（f）和柔性石墨烯/PDMS復(fù)合材料（g）的數(shù)碼照片。平行于氧化石墨烯氣凝膠的銅板（h）和相應(yīng)的石墨烯/PDMS復(fù)合材料（i）橫截面的SEM圖像。（j）0.42 wt％的石墨烯/PDMS復(fù)合材料的高電磁干擾（EMI）屏蔽性能。（k）提出的EMI屏蔽機(jī)制。
Figure 2. 分別在LN（a）、110℃（b）和50℃（c）的冷凍溫度下，平行于氧化石墨烯氣凝膠銅板的SEM橫截面圖像。（d）概括的層間間距/層密度和（e）電導(dǎo)率與凍結(jié)溫度的關(guān)系。（f）在不同溫度下，冷凍的石墨烯/PDMS復(fù)合材料的EMI屏蔽性能。（g）總結(jié)EMI屏蔽效果與凍結(jié)溫度的關(guān)系。
Figure 3. 石墨烯/PDMS復(fù)合材料（LN-0.49 wt％）在XY平面（a）、ZX平面（b）和YZ平面（c）的形態(tài)。（a）插圖：各向異性復(fù)合結(jié)構(gòu)的示意圖。（d-f）為（a-c）中復(fù)合物相對(duì)應(yīng)的放大圖像。石墨烯/PDMS復(fù)合材料的（g）各向異性力學(xué)性能、（h）各向異性電導(dǎo)率和（i）各向異性EMI屏蔽效果。
Figure 4. 導(dǎo)電填料的濃度對(duì)石墨烯/PDMS復(fù)合材料的EMI屏蔽效果產(chǎn)生影響。
相關(guān)研究成果于2020年由浙江大學(xué)Chao Gao課題組，發(fā)表在Carbon（2020, 157, 570-577）上。原文：High-efficiency electromagnetic interference shielding realized in nacre-mimetic graphene/polymer composite with extremely low graphene loading。
摘自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：
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