中國科研團隊用石墨烯研發(fā)出高性能電磁屏蔽材料

在日常生活和工作中，電子設備運行時會產(chǎn)生電磁輻射，可能會給人們的健康帶來不良影響，各設備間的電磁干擾也會嚴重影響電子設備的性能及其正常運行。因此，發(fā)展新型電磁屏蔽材料，尤其是高性能電磁屏蔽材料是解決電磁污染的關鍵。

如今，各種電子設備越來越多地應用于人們的生活和工作中，但是電子設備在運行過程中會產(chǎn)生電磁輻射，可能會給人們的健康帶來不良影響，各設備間的電磁干擾也會造成信號被攔截、數(shù)據(jù)丟失等，嚴重影響電子設備的性能及其正常運行。特別是隨著物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、可穿戴設備的發(fā)展，電子設備越來越復雜、體積越來越小、精度要求越來越高，要保證這些高度集成、高功率的電子設備正常運行，電磁干擾屏蔽至關重要。

發(fā)展新型電磁屏蔽材料是解決電磁污染的關鍵，特別是超薄、輕質(zhì)并具有優(yōu)異力學強度和可靠性的高性能電磁屏蔽材料。日前，北京航空航天大學化學學院研究員衡利蘋團隊研發(fā)了一種具有超潤滑界面的還原氧化石墨烯/液態(tài)金屬（S-rGO/LM）異質(zhì)層狀納米復合材料，可用于高性能穩(wěn)定的電磁屏蔽。相關研究成果發(fā)表在國際學術期刊《美國化學學會·納米》上。

用石墨烯研發(fā)高性能柔性電磁屏蔽材料

電磁屏蔽材料是能夠通過吸收、反射等方式來衰減電磁波能量傳播，以有效抑制電磁干擾和污染的功能材料。

人們希望，電子設備在工作時，既不被外界電磁波干擾，又不輻射出電磁波干擾其他設備或危害人體健康，因此電子設備運行時，自身產(chǎn)生的電磁波需要被吸收，而外界入射的電磁波需要被反射或吸收。銅、鋁等金屬是常用的電磁屏蔽材料，但它們?nèi)菀妆桓g、密度大、重量重，并以反射電磁波為主，會造成二次電磁污染。特別是傳統(tǒng)的金屬材料不具備柔性，難以被應用在柔性電磁屏蔽領域。

鎵基液態(tài)金屬（LM）是目前柔性電子制造應用最廣泛的材料，這主要歸因于其具有低熔點、低黏度、高電導率和熱導率等物理特性。衡利蘋說，隨著對具備室溫流動性的鎵金屬、鎵基合金液態(tài)金屬材料研究的逐步深入，其在柔性電磁屏蔽材料領域已表現(xiàn)出相當大的潛力。

但是現(xiàn)有的鎵基液態(tài)金屬電磁屏蔽材料普遍需要與絕緣的聚合物基材共混，以得到具備一定機械強度、可實際應用的電磁屏蔽材料。而材料的導電性和導磁性越好，對電磁的屏蔽效能就越高，鎵基液態(tài)金屬電磁屏蔽材料與絕緣的聚合物基材共混，會損失鎵基液態(tài)金屬的導電性能，使電磁屏蔽性能無法達到最佳水平。使用一種本身也具備超高電導率的基材來構建液態(tài)金屬柔性復合材料，成為提升液態(tài)金屬柔性電磁屏蔽復合材料性能的關鍵。于是，石墨烯進入了衡利蘋團隊的視線。

石墨烯具有優(yōu)異的光學、電學、力學特性，本身就可以保持很好的導電性。氧化石墨烯（GO）對鎵基液態(tài)金屬還起到了良好的橋接作用，因此，在S-rGO/LM材料內(nèi)部，可形成連續(xù)完整的導電網(wǎng)絡。材料厚度僅需33微米，就可屏蔽99%的入射電磁波，且對X波段的電磁屏蔽效率較高。

可作為抗結(jié)冰、除冰功能材料使用

聚二甲基硅氧烷（PDMS）具有耐熱性、耐寒性、防水性、導熱性以及良好的化學穩(wěn)定性，電絕緣性和疏水性能好，可在-50℃—200℃下長期使用。目前，PDMS已廣泛用于絕緣潤滑、防震、防油塵和熱載體等。

該團隊先將S-rGO/LM材料在稀釋后的PDMS溶液中浸涂，隨后再對其旋轉(zhuǎn)涂抹硅油，使其獲得超潤滑特性。衡利蘋說，得益于材料本身的穩(wěn)定性和超潤滑界面的協(xié)同保護，S-rGO/LM材料在極限工作溫度中，嚴重機械磨損后，依然能保持良好的電磁屏蔽能力。

除了具有出色的電磁屏蔽性能外，S-rGO/LM材料還具備優(yōu)秀的熱管理性能。實驗顯示，在1個太陽光照功率（100毫瓦/平方厘米）照射下，S-rGO/LM材料的表面溫度在40秒內(nèi)就可達到47.5℃。這表明，在低溫地區(qū)，S-rGO/LM還可以作為具有抗結(jié)冰、除冰功能的材料來使用。