近期，中科院合肥研究院固體所王振洋研究員團隊在高性能電磁波屏蔽材料研究方面取得了新進展。相關研究成果以“Flexible 3D porous graphene film decorated with nickel nanoparticles for absorption-dominated electromagnetic interference shielding”為題發表在Chemical Engineer Journal 期刊上。
電子電氣設備的迅猛發展給人們的生活帶來極大便利，但隨之而來的電磁輻射、電磁干擾和電磁信息泄露也成為了新的難題。目前，高性能電磁波屏蔽材料已成為解決電磁波污染的關鍵技術。金屬材料雖具有良好的電磁屏蔽性能，但以反射為主要機理的電磁屏蔽會導致嚴重的電磁波二次污染。同時，微型化、輕量化和高頻高速電子產品和器件也對電磁屏蔽材料提出了更高的要求。因此，迫切需要開發兼具柔韌性和輕便性的，且以吸收為主要機理的高性能電磁屏蔽材料。
石墨烯材料由于其比表面積大、導電性好、輕質柔韌等一系列優點，近年來被廣泛用作電磁波屏蔽材料。但石墨烯材料依然存在電磁波吸收效率低、反射占比高的缺點。鑒于此，科研人員采用激光誘導加工法，將聚酰亞胺前驅體轉化為具有三維多孔結構的石墨烯晶體膜。研究發現，通過優化孔隙結構，可以提升石墨烯晶體膜與空氣界面的阻抗匹配，有利于電磁波進入材料內部，并可通過多孔結構誘導的多重內反射將其消耗。
為進一步提升屏蔽效率，科研人員通過電化學沉積將磁性鎳納米粒子均勻負載到多孔結構內部，制備出石墨烯/鎳（D-LIG/Ni）復合薄膜。由于介電損耗和磁損耗的協同作用，復合薄膜表現出以吸收為主要機理的高效電磁波屏蔽。厚度僅0.327 mm的D-LIG/Ni復合薄膜，在X-band（8-12 GHz）表現出高達79 dB的屏蔽效能，其中吸收占比85%。
該研究工作為開發高性能石墨烯基電磁屏蔽膜提供了新的方法，在柔性電子和高頻高速器件領域具有良好的應用前景。
上述工作得到了國家重點研發項目、國家自然科學基金、中科院STS項目等多個項目的支持。
圖1.（a）D-LIG/Ni制備過程；（b）電磁屏蔽示意圖。
圖2.（a-c）不同沉積時間D-LIG/Ni樣品電鏡圖；（d）D-LIG/Ni樣品元素mapping圖；
（e，f）D-LIG/Ni樣品透射電鏡圖和高分辨透射電鏡圖；（g）實物照片。
圖3.（a-c）不同沉積時間D-LIG/Ni樣品的SET、SEA、SER；（d）不同沉積時間D-LIG/Ni樣品吸收率和反射率；（e）不同沉積時間D-LIG/Ni樣品的彎曲穩定性；（f）單層和雙層D-LIG/Ni樣品的屏蔽效能。
