复合材料的电磁干扰（EMI）屏蔽性能通常受其电导率和磁导率的限制，而电导率和磁导率在很大程度上取决于导电填料的含量、长宽比、磁导率等。较高的填料含量通常会导致成本高、分散性差且易于团聚，使聚合物复合材料机械易碎且难以加工。因此，非常需要开发具有低导电填料含量，同时保持其高EMI屏蔽性能的复合材料。

 

在此，在我们的工作中，具有极低石墨烯负载的石墨烯/聚合物复合材料实现了高性能的EMI屏蔽。通过独特的双向冻结技术，制备了具有双轴排列层状结构的3D导电石墨烯网络。借助这种类似珍珠母的、高度对齐的网络，我们的石墨烯/聚合物复合材料表现出各向异性的导电性、机械性能，因此在极低的石墨烯含量下具有出色的EMI屏蔽效果。具体而言，具有0.42 wt％石墨烯含量的复合材料在将石墨烯气凝胶在2500℃退火后显示出约65 dB的增强EMI屏蔽效果，这与铜箔相当。更显着的是，由于复合材料的密度低，其特定的屏蔽效果甚至高于具有高导电填料含量的金属箔和固体材料的屏蔽效果。

 

 

                                                                                                      

 

Figure 1. （a-d）各向异性石墨烯/PDMS复合材料制造过程的示意图。GO气凝胶（e）、石墨烯气凝胶（f）和柔性石墨烯/PDMS复合材料（g）的数码照片。平行于氧化石墨烯气凝胶的铜板（h）和相应的石墨烯/PDMS复合材料（i）横截面的SEM图像。（j）0.42 wt％的石墨烯/PDMS复合材料的高电磁干扰（EMI）屏蔽性能。（k）提出的EMI屏蔽机制。

 

 

                                                                                                       

 

Figure 2. 分别在LN（a）、110℃（b）和50℃（c）的冷冻温度下，平行于氧化石墨烯气凝胶铜板的SEM横截面图像。（d）概括的层间间距/层密度和（e）电导率与冻结温度的关系。（f）在不同温度下，冷冻的石墨烯/PDMS复合材料的EMI屏蔽性能。（g）总结EMI屏蔽效果与冻结温度的关系。

 

 

                                                                                                       

 

Figure 3. 石墨烯/PDMS复合材料（LN-0.49 wt％）在XY平面（a）、ZX平面（b）和YZ平面（c）的形态。（a）插图：各向异性复合结构的示意图。（d-f）为（a-c）中复合物相对应的放大图像。石墨烯/PDMS复合材料的（g）各向异性力学性能、（h）各向异性电导率和（i）各向异性EMI屏蔽效果。

 

                                                                                                     

    Figure 4. 导电填料的浓度对石墨烯/PDMS复合材料的EMI屏蔽效果产生影响。

 

   相关研究成果于2020年由浙江大学Chao Gao课题组，发表在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。

 

新闻来源：https://mp.weixin.qq.com/s/Nh6n_agNsny9IPpofn2wIw