電磁污染的案例
哈工大張濤老師課題組Carbon：有機先驅(qū)體法制備超輕h-BCN陶瓷具備可調(diào)節(jié)性電磁波吸收性能
【引言】
一個多世紀以來，電磁波在人類生活中已經(jīng)成為不可或缺的組成部分。目前在通信通訊、醫(yī)療設(shè)備、食品衛(wèi)生等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。電磁波的廣泛應(yīng)用變革了人類的生產(chǎn)與生活方式，但與此同時也帶來了許多負面影響。在軍事裝備方面，隱身技術(shù)是現(xiàn)代軍事科技中至關(guān)重要的研究內(nèi)容。另外電磁波的廣泛應(yīng)用也帶來了電磁污染。它是以電磁場的場力為特征，并與電磁波的性質(zhì)、功率、密度及頻率等因素密切相關(guān)。由于電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，無線電廣播、移動電話、電視以及微波技術(shù)等事業(yè)的迅速發(fā)展和普及，射頻設(shè)備的功率成倍提高，地面上的電磁輻射大幅度增加。已達到可以直接威脅人體健康的程度。電磁污染是一種無形的污染，已成為人們非常關(guān)注的公害，給人類社會帶來的影響已引起世界各國重視，被列為環(huán)境保護項目之一。因此，吸波材料對民用和軍用領(lǐng)域均有重大意義，但傳統(tǒng)的吸波材料難以滿足現(xiàn)代優(yōu)良吸波材料所應(yīng)具有的“薄，輕，寬，強”等特點。h-BCN因其具有優(yōu)異的熱學(xué)、化學(xué)穩(wěn)定性和可以靈活調(diào)節(jié)的介電性質(zhì)被認為是可應(yīng)用于臨界馬赫數(shù)飛行器的有良好前景的一類新型電磁電磁波吸收材料，近年來得到了廣泛的關(guān)注。于此，制備新型吸波材料勢在必行。
【成果簡介】
近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)威海校區(qū)張濤教授（第一作者）、其學(xué)生張建（共同一作）、夏龍教授（通訊作者）和黃小蕭教授（通訊作者）等人已將該項關(guān)于超輕h-BCN的可調(diào)節(jié)吸波性能的研究發(fā)表在Carbon上，題為“Ultra-light h-BCN architectures derived from new organic monomer with tunable electromagnetic wave absorption”。
展開 【科普系列】電磁波的“克星”—介電損耗型吸波材料
吸波材料研發(fā)意義
隨著現(xiàn)代信息技術(shù)特別是微波通信技術(shù)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，環(huán)境中存在的電磁（EM）輻射污染已經(jīng)成為一個不可忽視的問題。在日常生活方面，電磁污染已經(jīng)給我們造成隱患，例如在機場經(jīng)常出現(xiàn)航班因電磁波干擾無法起飛而誤點；在醫(yī)院、移動電話常會干擾各種電子診療儀器的正常工作。而在軍事方面，敵方的雷達、紅外、激光、電磁信號等特征信號可以在一定范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)我方武器，大大減弱武器的戰(zhàn)場生存能力。因此吸波材料不僅在生活中可以解決電磁污染現(xiàn)象，在軍事上可以應(yīng)用于隱身技術(shù)中，使得武器難以被探測，起到隱身的作用。因此，電磁波吸收材料的研發(fā)具有重要的意義。
展開 北化大于中振教授和張好斌教授團隊ACS AMI： 輕質(zhì)、超彈性多功能MXene/CNT氣凝膠用于高效電磁屏蔽
隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)的大力建設(shè)，電磁污染和電磁干擾（EMI）也愈發(fā)嚴重。電磁屏蔽技術(shù)在控制或減輕電磁輻射污染方面起著至關(guān)重要的作用，而高性能電磁屏蔽材料是實現(xiàn)電磁屏蔽的關(guān)鍵。在航空航天、便攜式和可穿戴智能電子設(shè)備領(lǐng)域中，迫切需要高性能、輕質(zhì)、高導(dǎo)電性和超彈性，甚至耐極端環(huán)境的電磁屏蔽材料，但是它們的研究開發(fā)仍然面臨艱巨挑戰(zhàn)。二維過渡金屬碳/氮化物（MXene）的納米片層結(jié)構(gòu)、出眾的電學(xué)性質(zhì)、極性的表面性質(zhì)使其在制備高效的電磁屏蔽材料方面展現(xiàn)出極大的潛力和競爭力。但由于MXene表面的官能團種類、片層大小以及較弱的納米片層間作用力的限制，難以制備得到兼具高彈性和高導(dǎo)電性的輕質(zhì)可壓縮三維結(jié)構(gòu)。
北京化工大學(xué)于中振教授、張好斌教授團隊展示了一種有效的方法來提高MXene基氣凝膠的彈性，同時保持其高導(dǎo)電性和低密度特性。基于MXene納米片與酸化碳納米管（aCNT）的協(xié)同作用，通過定向冷凍和后續(xù)冷凍干燥構(gòu)建了具有類爬山虎微形貌的MXene/aCNT各向異性氣凝膠。MXene納米片構(gòu)建了各向異性多孔骨架，而aCNTs像爬山虎一樣牢牢地抓住MXene納米片形成的孔壁，不僅提升了MXene基氣凝膠的強度，還實現(xiàn)了氣凝膠的超輕性和超彈性。同時，高導(dǎo)電骨架、多孔結(jié)構(gòu)以及MXene和aCNT上豐富的可極化中心賦予了氣凝膠極高的電磁屏蔽性能。此外，定向多孔的全無機骨架不僅使得MXene/aCNT各向異性氣凝膠具有良好的隔熱性能，還可以經(jīng)受極端溫度（-196~300℃）環(huán)境而不會發(fā)生脆斷或融化，仍然保持很好的壓縮回彈性。這些特性使該氣凝膠有望應(yīng)用于熱敏感電子器件的隔熱、緩震、電磁干擾防護等領(lǐng)域。
展開 談?wù)?em>電磁輻射。。
其實，對孕婦來說，電磁波引發(fā)胎兒畸形的擔(dān)心大可不必。因為胎兒在我們厚厚的腹部皮膚和細胞組織的保護下，并且還有羊水隔絕著。然而，人們?nèi)栽谫|(zhì)疑電磁波是否會引發(fā)自然流產(chǎn)和早產(chǎn)。對此，科學(xué)研究仍然是空白，沒有任何肯定或否定的結(jié)論。
面對這種缺乏確定結(jié)論的情況，專家們建議：孕婦應(yīng)當謹慎地避免接觸電磁波。當我們不知道電磁波是好還是壞時，以謹慎為原則，但不必過于緊張。
小強觀點：
對于電磁輻射污染問題應(yīng)當引起重視，認真對待，但也不必過于緊張，談“污”色變，不要輕信那些不負責(zé)任的渲染，不被那些推銷員們口舌如簧的宣傳所誘惑，遠離那些可能產(chǎn)生強烈電磁輻射污的地方，如電視或者廣播發(fā)射天線附近。
本文轉(zhuǎn)自微信公眾號【電氣小強】，版權(quán)歸原作者
展開 
無人機偵測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)分析
無線電頻譜和波段劃分表
使用無線電頻譜探測技術(shù)的優(yōu)點是不受到無人機幾何形狀、材質(zhì)以及周圍建筑物的影響，不會產(chǎn)生電磁污染。因此，無線電頻譜偵測技術(shù)常常用于長期無人值守的防御中。與雷達探測技術(shù)相比，無線電頻譜偵測設(shè)備成本更加低廉，且可以滿足大范圍的防御需求。但無線電頻譜偵測技術(shù)使用的缺點是需要多點定位，導(dǎo)致其定位的精度不高，對于經(jīng)過加密處理的信號進行破解需要花費大量的時間，不利于提升跟蹤效率。
不可不看的電磁屏蔽知識
隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，人們在生產(chǎn)生活中使用的電子產(chǎn)品和設(shè)備越來越多，而計算機、無線電等發(fā)射裝置都會產(chǎn)生不同波長和頻率的電磁波。目前，電磁污染已經(jīng)成為繼大氣污染、水污染、噪聲污染后的一種新的污染源。因此，人們對相關(guān)設(shè)備的電磁屏蔽也越來越重視。
電磁屏蔽，就是利用金屬等電磁屏蔽材料做成屏蔽體，將需要防護的區(qū)域封閉起來，把電磁脈沖隔離在屏蔽體外，需要通風(fēng)和進出人員設(shè)備的孔口則采用電磁屏蔽門或波導(dǎo)窗保護起來。當電磁脈沖來臨時，其電磁能量被屏蔽體反射、吸收或阻斷。即便電磁脈沖可以穿透屏蔽體，電磁能量和電磁場強度也會衰減到可以接受的程度。
電磁屏蔽是避免電子設(shè)備和電子系統(tǒng)受電磁干擾的重要措施之一，它可以有效地減少空間傳播所泄露的電磁干擾。既可減少電子設(shè)備向外輻射電磁干擾，又可阻止外部電磁干擾對電子設(shè)備的影響。
電磁屏蔽按屏蔽原理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽。
1.電場屏蔽主要是為了防止電子原件或設(shè)備間的電容耦合，它采用金屬屏蔽層包封電子器件或設(shè)備，其屏蔽體采用良導(dǎo)體制作并有良好的接地，這樣就把電場止于導(dǎo)體表面，并通過地線中和導(dǎo)體表面上的感應(yīng)電荷，從而防止由靜電耦合產(chǎn)生的相互干擾。
2.磁場屏蔽是通過把磁力線封閉在屏蔽體內(nèi)，從而阻擋內(nèi)部磁場向外擴散或外界磁場干擾進入，為屏蔽體內(nèi)外的磁場提供低磁阻的通路來分流磁場。磁場屏蔽可以很好地抑制噪聲源和敏感設(shè)備之間由于磁場耦合所產(chǎn)生的干擾。
3.電磁屏蔽主要用于防止在高頻下的電磁感應(yīng)，利用電磁波在導(dǎo)體表面上的反射和在導(dǎo)體中傳播的急劇衰減來隔離變電磁場的相互耦合，從而防止高頻率電磁場的干擾。
目前，研究人員已經(jīng)根據(jù)不同的電磁屏蔽原理研究出了不同的電磁屏蔽材料。
展開 西工大《CEJ》：新一代穩(wěn)定、輕質(zhì)、高效電磁波吸收材料！
消除電磁污染、保護人體健康和設(shè)備完整性是幾十年來民用吸波材料的發(fā)展目標。然而，隨著通信設(shè)備的發(fā)展，廣泛用于傳輸信息的電磁波強度逐漸增加，頻率范圍逐漸擴大(從兆赫到千兆赫)，使得傳統(tǒng)的吸收材料難以滿足復(fù)雜電磁污染的消除要求。新一代高效吸收材料對候選材料提出了四大要求：涂層厚度更薄、重量更輕、吸收范圍更廣、吸收能力更強。對社會來說，這是發(fā)展的必然要求，對科研人員來說，這是新一輪的挑戰(zhàn)。
近日，西北工業(yè)大學(xué)Di Lan等人采用水熱法合成了新型硅酸鈷包覆的雙層中空玻璃微球（HGMs），并對其進行了煅燒。通過對樣品的物相、形貌和電磁波吸收特性的詳細表征，發(fā)現(xiàn)磁損耗成分Co2SiO4和介電損耗成分中空玻璃微球
HGMs
的結(jié)合在電磁波的引入和耗散中起著重要作用。在討論部分，作者重點比較了復(fù)合材料和單組分材料，并詳細說明了新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)對材料穩(wěn)定性和電磁波吸收性能的影響。當匹配厚度(d)為2.9毫米時，HGMs@Co2SiO4的最小反射損耗(RLmin)達到 -46.7分貝，相應(yīng)的有效吸收帶寬(RL < 10分貝)為5.92 GHz。這種新型雙殼HGMs@ Co2SiO4將成為新一代穩(wěn)定、輕質(zhì)、高效電磁波吸收材料的優(yōu)秀候選材料。這項研究工作以“Double-shellhollow glass microspheres@Co2SiO4 for lightweight andefficient electromagnetic wave absorption”為題發(fā)表在國際著名期刊《Chemical Engineering Journal》上。
展開 大連理工大學(xué)賓月珍教授團隊《CEJ》：天然橡膠增韌碳納米管巴基紙及其在電磁屏蔽，導(dǎo)熱，焦耳加熱和摩擦納米發(fā)電等領(lǐng)域的應(yīng)用
可穿戴電子設(shè)備的快速發(fā)展在改善人們生活水平的同時，也產(chǎn)生了電磁輻射。電磁污染不僅會影響設(shè)備的正常運行，甚至?xí){到人類的健康。碳納米管巴基紙（Buckypaper, BP）由于優(yōu)異的導(dǎo)電性被廣泛于電磁屏蔽領(lǐng)域。之前該課題組探討了碳納米管在不同溶劑中的分散性及真空過濾成膜性，并詳細研究了BP的結(jié)構(gòu)及其性能（Compos. Sci. Technol. 2019,181,107699. Mater. Design. 2019,184,108175.）。雖然BP具有優(yōu)異電磁屏蔽性能（EMI SE），在35 μm厚時EMI SE為31.2 dB，但其斷裂伸長率僅為2%，這限制了其進一步的應(yīng)用。研究人員通過真空過濾、超聲波浸漬、交聯(lián)等方式將高分子材料引入BP來改善其柔韌性。但BP斷裂伸長率增加并不明顯，同時操作過程太復(fù)雜，涉及特殊條件，程序和設(shè)備。因此簡單高效制備兼具高柔韌性和高電導(dǎo)率的BP仍存在困難。此外除了優(yōu)異的電磁屏蔽性能，還應(yīng)考慮在實際應(yīng)用中對多功能的要求，如兼具導(dǎo)熱、焦耳加熱、摩擦發(fā)電、傳感、阻燃等。
展開 貴州大學(xué)謝蘭教授團隊：高導(dǎo)熱的高性能電磁屏蔽材料
無線通信和大量電子設(shè)備的廣泛使用提高了我們的生活水平，隨之而來的電磁輻射污染在無形中嚴重影響人們的生活。不僅對精密電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，而且嚴重危害人體健康。因此在有效利用電磁波的同時，研究電磁屏蔽材料對解決電磁污染具有重要意義。另外，隨著電子設(shè)備的小型化和高頻化發(fā)展，在電子設(shè)備的使用過程中，熱量的積累正成為另一個嚴重的難題。因此，迫切需要開發(fā)具有高導(dǎo)熱率的高性能電磁屏蔽材料。
謝蘭教授團隊長期從事生物質(zhì)基新材料的研究工作，圍繞“構(gòu)建結(jié)構(gòu)與功能化一體的高性能生物質(zhì)基新材料”關(guān)鍵問題，從“多層次結(jié)構(gòu)調(diào)控-表面/界面作用機制分析-高性能/功能化實現(xiàn)-指導(dǎo)實際生產(chǎn)應(yīng)用”幾個方面開展了系統(tǒng)性研究工作，并取得一系列研究成果（Chemical Engineering Journal, 2020, 397, 125297；Composites Part B: Engineering, 2020, 203, 108467; Macromolecules, 2015, 48, 2127; Materials Horizons, 2014, 1, 546; ACS Sustainable Chemistry & Engineering,2017, 5, 3279; Biomacromolecules, 2016, 17, 985;CS Sustainable Chemistry & Engineering, 2016, 4, 334; Applied Surface Science, 2020, 502, 144098. Applied Surface Science, 2020, 517, 146135;…….）
圖1.
展開 【知識分享】EMC問題解決思路最清晰的思維導(dǎo)圖
電磁干擾包括輻射型(高頻)EMI、傳導(dǎo)型(低頻)EMI，即產(chǎn)生EMC問題主要通過兩個途徑:一個是空間電磁波干擾的形式;另一個是通過傳導(dǎo)的形式，換句話說，產(chǎn)生EMC問題的三個要素是：電磁干擾源、耦合 途徑、敏感設(shè)備。
輻射干擾主要通過殼體和連接線以電磁波形式污染空間電磁環(huán)境；傳導(dǎo)干擾是通過電源線騷擾公共電網(wǎng)或通過其他端子（如：射頻端子，輸入端子）影響相連接的設(shè)備。
傳導(dǎo)、輻射、騷擾源------（途徑）----- 敏感受體近場耦合IT、AV 設(shè)備可能的騷擾源
a） FM接收機、TV接收機本機振蕩，基波及諧波由高頻頭、本機振蕩電路產(chǎn)生；
b） 開關(guān)電源的開關(guān)脈沖及高次諧波，同步信號方波及高頻諧波，行掃描顯像電路產(chǎn)生的行、場信號及高頻諧波；
c） 數(shù)字電路工作需要的各種時鐘信號及高頻諧波、以及它們的組合，各種時鐘如CPU芯片工作時鐘、MPEG解碼器工作時鐘、視頻同步時鐘（27MHz，16.9344MHz ，40.5MHz）等；
d） 數(shù)字信號方波及高頻諧波，晶振產(chǎn)生的高次諧波，非線性電路現(xiàn)象（非線性失真、互調(diào)、飽和失真、截止失真）等引起的無用信號、雜散信號；
e） 非正弦波波形，波形毛剌、過沖、振鈴，電路設(shè)計存在的寄生頻率點。
f ） 對于敏感受體通過耦合途徑接受的外部騷擾包括浪涌、快速脈沖群、靜電、電壓跌落、電壓變化和各種電磁場。
展開 浙大鄭強教授、貴大謝蘭教授/薛白《Nano-Micro Letters》：基于階梯式不對稱導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的定向電磁干擾屏蔽
隨著新興的5G無線系統(tǒng)為代表的電子設(shè)備和現(xiàn)代電信技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，開發(fā)高性能電磁屏蔽材料以減少電磁波污染十分必要。傳統(tǒng)上，金屬基材料因其高導(dǎo)電性或磁導(dǎo)率而被廣泛用于電磁屏蔽材料，但其固有的高密度、易腐蝕、不可撓性和難加工等使其在智能和微電子產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用受限。因此，開發(fā)具有良好力學(xué)性能的新型輕質(zhì)柔性電磁屏蔽材料具有重要意義。近年來，由聚合物基體和導(dǎo)電填料組成的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料以其重量輕、成本低、柔韌性好、易于加工、耐腐蝕等優(yōu)點，引起了廣泛的關(guān)注。本文采用簡單的溶液封裝方法制備了具有階梯式不對稱結(jié)構(gòu)的Ni@MF/CNT/PBAT復(fù)合材料。復(fù)合材料表現(xiàn)出前所未有的定向電磁屏蔽效能(ΔSET=8.8 dB)，并通過遙控玩具車系統(tǒng)的實際應(yīng)用測試得到進一步驗證。研究成果發(fā)表在《Nano-Micro Letters》上。(Bai Xue, Yi Li, Ziling Cheng, Shengdu Yang, Lan Xie*, Shuhao Qin, Qiang Zheng*. Nano-Micro Letters,14, 16 (2022), IF=16.419)。
圖1.
展開 
用于高性能電磁屏蔽和熱管理的石墨烯/MXene復(fù)合材料
來源 | ACS Applied Nano Materials
01
背景介紹
隨著無線通信平臺和便攜式電子產(chǎn)品向高集成度、小型化、輕量化、高功率密度方向快速發(fā)展，全球電磁輻射污染日益嚴重。嚴重的電磁干擾(EMI)不僅會干擾電子設(shè)備的正常工作，而且會對人體健康和其他生物系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響因此，人們致力于通過制造各種具有獨特結(jié)構(gòu)特性的電磁干擾屏蔽材料來緩解電磁輻射問題。
在報道的電磁干擾屏蔽材料中，金屬基箔/薄膜(如銅箔，鋁箔和MXene薄膜)具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，但通常存在一些缺點(如耐腐蝕性差和質(zhì)量密度高)，這在一定程度上阻礙了它們的實際應(yīng)用。另一方面，具有輕量化和多孔結(jié)構(gòu)的雜化二維導(dǎo)電材料(如還原氧化石墨烯(rGO)/ MXene,Ti3C2Tx/rGO和Ti3C2Tx/碳納米片)已被認為是EMI屏蔽應(yīng)用的有希望的候選者。
然而，由于含有豐富的含氧官能團，通常會導(dǎo)致復(fù)合膜的導(dǎo)電性較差，屏蔽電磁干擾的效果(SE)較低。此外，將低維導(dǎo)電填料(例如，1D碳納米管， 2D氧化石墨烯， 2D石墨烯納米片，和2D MXene)摻入電絕緣聚合物中構(gòu)建的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料(CPCs)被認為是替代EMI屏蔽候選材料，但這些CPCs的EMI SE值仍然令人不滿意。因此，開發(fā)具有獨特結(jié)構(gòu)特性和提高電磁干擾屏蔽效果的新型電磁干擾屏蔽材料是迫切需要的。
與一維和二維導(dǎo)電填料相比，具有相互連接的多孔網(wǎng)絡(luò)的三維石墨烯泡沫/薄膜由于其輕量化和優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等優(yōu)點，已被用于EMI屏蔽和熱管理應(yīng)用。
展開 用于電磁干擾屏蔽的Mxene和石墨烯氣凝膠的制備、進展、面臨挑戰(zhàn)和前景
來源 | Composite: Part A
摘要：為了解決日益嚴重的電磁污染問題，對具有低密度、高機械強度和有效屏蔽能力的高性能電磁干擾(EMI)屏蔽材料的需求是至關(guān)重要的。三維氣凝膠由二維過渡金屬碳化物和/或氮化物(MXenes)或石墨烯納米片構(gòu)成，在電磁干擾屏蔽方面表現(xiàn)出巨大的潛力。這些材料的特點是重量輕，機械性能優(yōu)異，導(dǎo)電性好，比表面積大，具有仿生排列多孔結(jié)構(gòu)的附加優(yōu)勢，可顯著提高EMI屏蔽性能。本文綜述了近年來在MXene或石墨烯基復(fù)合氣凝膠中設(shè)計仿生單向孔隙結(jié)構(gòu)的研究，促進了輕型電磁干擾屏蔽的發(fā)展。全面總結(jié)了具有排列多孔結(jié)構(gòu)的MXene和石墨烯基氣凝膠的制備方法、目前的進展、面臨的挑戰(zhàn)以及未來的前景。這為未來開發(fā)高性能氣凝膠型電磁干擾屏蔽提供了有價值的指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：MXene、石墨烯、氣凝膠、電磁干擾屏蔽
00
引言
快速發(fā)展的無線通信技術(shù)和電子設(shè)施在給生活帶來便利的同時，也使我們?nèi)菀资艿?em>電磁輻射的污染。此外，在設(shè)備小型化、模塊化的趨勢下，設(shè)備之間的電磁干擾(EMI)日益嚴重。因此，探索具有高屏蔽效能(SE)的電磁干擾屏蔽材料來防止上述問題是必不可少的。最近，二維(2D)材料石墨烯、氧化石墨烯(GO)和過渡金屬碳化物和/或氮化物(MXenes)已被用作構(gòu)建電磁干擾屏蔽材料的功能構(gòu)建塊，因為它們具有大寬高比、與金屬相當?shù)母邔?dǎo)電性和低密度。石墨烯是一種具有蜂窩結(jié)構(gòu)的二維碳材料。碳原子中的三個價電子形成sp2雜化軌道，剩下的一個形成一個大的π鍵，電子可以自由移動。電導(dǎo)率和比表面積可高達106 S/cm和2630 m2/g。同時，單層石墨烯的楊氏模量為~1.1 TPa，也受到了高度評價。此外，由于缺乏額外的官能團，石墨烯通常表現(xiàn)出良好的化學(xué)穩(wěn)定性。
展開 浙大高超教授團隊實現(xiàn)高溫穩(wěn)定高導(dǎo)電石墨烯膜，可用于電磁屏蔽防護
電子通訊設(shè)備的快速發(fā)展，伴隨著嚴重的電磁干擾問題，常常導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至設(shè)備損害。電磁波污染甚至和人體接觸影響我們的身體健康。為降低這些風(fēng)險，超輕、柔性電磁屏蔽材料的開發(fā)是至關(guān)重要的。通常，材料的電磁屏蔽性能主要受到其本征導(dǎo)電率的影響，因此高導(dǎo)電的金屬材料成為了最商業(yè)化的屏蔽材料。但是，金屬材料存在著密度高、易腐蝕及固有的剛性等問題，極大限制了其實際應(yīng)用。
由于碳納米材料具有較高柔性、超高導(dǎo)電率及化學(xué)惰性等優(yōu)點，使其在電磁防護等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用潛力。其中，二維石墨烯的導(dǎo)電性能最為優(yōu)異，可達到108 S/m，引起了廣泛的關(guān)注。然而，宏觀組裝石墨烯膜中石墨烯片層間存在強電子耦合效應(yīng)，導(dǎo)致其僅僅只有~106 S/m的導(dǎo)電率。目前，利用化學(xué)摻雜提高宏觀石墨烯材料的載流子濃度和抑制層間耦合效應(yīng)，已成為常用的策略。該課題組組曾報道通過氯化鉬（MoCl5）插層石墨烯膜可顯著的提高其導(dǎo)電率達到1.73×107 S/m，且實現(xiàn)了在空氣中性能保持穩(wěn)定。但是，在高溫環(huán)境中，MoCl5摻雜劑也極易從石墨烯層間脫除，從而導(dǎo)致石墨烯插層膜導(dǎo)電率嚴重降低，限制了其在許多極端環(huán)境中的電磁屏蔽應(yīng)用。
本文亮點
（1）制備了低密度、結(jié)構(gòu)均勻的氯化銅（CuCl2）摻雜石墨烯膜（GF），證實了其導(dǎo)電率可達到1.09×107 S/m，比導(dǎo)電率超過大部分金屬材料。
（2）解決了摻雜石墨烯材料溫度穩(wěn)定性差的難題，發(fā)現(xiàn)了GF-CuCl2的溫阻系數(shù)僅有4.31×10-4 K-1，熱穩(wěn)定性可達到400 ℃，可長時間在200 ℃環(huán)境中工作使用，導(dǎo)電率基本維持不變；通過DFT計算揭示了其高溫穩(wěn)定性的原理。
展開 呂堅院士團隊：3D打印莫來石增強的碳化硅氣凝膠復(fù)合材料
具有這種結(jié)構(gòu)的氣凝膠復(fù)合材料可用于汽車電池或精密器件（如集成電路、輸入/輸出芯片）的隔熱保護，并且有望應(yīng)用在電磁波吸收，污染吸附，催化劑載體，電子或燃燒設(shè)備和儲能裝置的高溫過濾器等領(lǐng)域。
01
背景介紹
熱管理材料是綠色能源時代中幫助提高能源效率，發(fā)掘器件最佳使用性能的關(guān)鍵一環(huán)。碳化硅氣凝膠材料不僅具有優(yōu)良隔熱性能，而且相較于其他成分的氣凝膠具有耐腐蝕，抗高溫，不易氧化的特點，是一種安全穩(wěn)定的環(huán)保材料。但氣凝膠質(zhì)地蓬松，所以其大規(guī)模應(yīng)用受制于其強度的缺乏。構(gòu)建碳化硅氣凝膠復(fù)合材料不僅可以確保一定隔熱性能，也可以使力學(xué)性能得到保證。
02
成果掠影
香港城市大學(xué)呂堅院士團隊提出了一種制備3D打印莫來石增強碳化硅氣凝膠復(fù)合材料（Mullite-Reinforced SiC-Based Aerogel Composites, MR-SiC ACs）的方法。首先，配制適合直接墨水書寫（DIW）的漿料，實現(xiàn)預(yù)制件生產(chǎn)。后續(xù)通過兩步燒結(jié)過程實現(xiàn)碳化硅復(fù)合材料的制備。3D打印的結(jié)構(gòu)不僅提供了后續(xù)燒結(jié)過程中原位SiC納米線生長所需的合適的空間，而且可以作為支撐骨架提升壓縮強度。MR-SiC ACs材料的隔熱性能受益于多孔的打印結(jié)構(gòu)以及大量SiC納米線交錯形成的介孔。同時燒結(jié)后的骨架表面形成的Si-O-Al非晶層也在一定程度上阻斷了熱的傳播。所以，MR-SiC ACs的設(shè)計理念滿足了如今綠色能源時代對熱管理電子產(chǎn)品的需求：輕質(zhì)、節(jié)省空間、足夠的力學(xué)強度且具有優(yōu)異隔熱性能。此外，3D打印與原位生長相結(jié)合的手段有望簡化現(xiàn)有氣凝膠復(fù)合材料的制備，挖掘更多應(yīng)用。
本文亮點
1. 解決了氣凝膠復(fù)合材料壓縮強度低，楊氏模量小的問題：合理調(diào)節(jié)3D打印墨水成分，添加Al2O3，有目的地提升力學(xué)性能。
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