電磁屏蔽材料的案例
西南大學(xué)王明教授課題組Carbon綜述：多界面多尺度電磁屏蔽高分子復(fù)合材料的構(gòu)建、屏蔽機(jī)理及研究展望
隨著電子/電氣設(shè)備使用量的增加，電磁干擾（EMI）屏蔽技術(shù)的研究日益受到重視。電磁干擾不僅會引起電氣設(shè)備的故障，而且也危險(xiǎn)人民的身體健康，因此電磁干擾屏蔽在現(xiàn)在社會中已成為一個(gè)重要的問題。金屬材料由于其良好的電磁波反射性能是一種傳統(tǒng)電磁屏蔽材料。然而，金屬材料由于密度大、成本高、不耐腐蝕、成型加工性差等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用發(fā)展，而且金屬材料由于較高的電磁波反射率容易造成電磁波的二次污染。因此，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料（CPC）具有優(yōu)異的成型加工性、低成本、低密度、耐腐蝕等優(yōu)勢有望替代傳統(tǒng)的金屬電磁屏蔽材料。然后，傳統(tǒng)的CPC具有較差的電磁屏蔽效能，而且往往需要高的導(dǎo)電填料填充量，使其力學(xué)性能變差，很難獲得大規(guī)模的應(yīng)用。因此，如何通過復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獲得高效電磁屏蔽高分子復(fù)合材料是解決問題的關(guān)鍵。
展開 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(jì)算機(jī)、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(hù)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(jìn)出人員設(shè)備的孔口則采用電磁屏蔽門或波導(dǎo)窗保護(hù)起來。當(dāng)電磁脈沖來臨時(shí)，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(qiáng)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(kuò)散或外界磁場干擾進(jìn)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 中科大俞書宏團(tuán)隊(duì)Nano Letters：電磁屏蔽性能優(yōu)異的輕質(zhì)材料！
如今，無形的電磁波遍布我們的周圍，為從家用電器到通信衛(wèi)星等幾乎所有對現(xiàn)代社會至關(guān)重要的東西供電。然而，這也導(dǎo)致了嚴(yán)重的電磁干擾問題，幾乎影響了日常生活、軍事設(shè)備和空間研究中非常重要的每一個(gè)電氣設(shè)備。因此，為了更好地控制電磁環(huán)境，制造具有高效率和輕質(zhì)特性的電磁干擾屏蔽材料已經(jīng)引起了相當(dāng)大的關(guān)注。
一般來說，典型的電磁干擾屏蔽材料需要通過直接與電磁場相互作用來反射輻射，并通過內(nèi)部電偶極子和/或磁偶極子來吸收電磁波。傳統(tǒng)的電磁干擾屏蔽材料是以金屬為基礎(chǔ)的，金屬太重，不能滿足輕型使用的需要。因此，聚合物或陶瓷的表面金屬化也得到廣泛應(yīng)用，但是復(fù)雜的工藝和較差的耐腐蝕性限制了其應(yīng)用。最近，含有導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)單元的聚合物復(fù)合材料因其重量輕、電磁干擾效率更高和耐腐蝕等特點(diǎn)而備受關(guān)注。然而，這些聚合物電磁干擾屏蔽復(fù)合材料的機(jī)械性能難以滿足其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。
展開 北京林業(yè)大學(xué)ACS Nano：高韌MXene/納米纖維素復(fù)合電磁屏蔽紙
然而，電子儀器產(chǎn)生的電磁輻射不僅影響其本身的正常功能和壽命，而且對人體健康具有潛在的危害。傳統(tǒng)電磁屏蔽材料多使用銅、鋁等金屬制造，高密度和大體積限制了其在可移動設(shè)備、可穿戴電子產(chǎn)品及人體防護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，發(fā)展輕便、高韌性和可加工性強(qiáng)的電磁屏蔽材料與產(chǎn)品將具有重要的研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。二維（2D）材料MXene具有高比表面積和高電導(dǎo)率的特點(diǎn)，具有良好電磁屏蔽性能。但是，作為典型無機(jī)非金屬材料，純相的MXene在力學(xué)性能特別是柔韌性、斷裂拉伸等方面存在不足，單獨(dú)使用難以滿足當(dāng)前電子產(chǎn)品或個(gè)人防護(hù)對輕便型和柔韌性的需求。幸運(yùn)的是，分層的Ti3C2Tx MXene（d-Ti3C2Tx）表面具有大量的活性端基，可通過氫鍵與聚合物相互作用，以此彌補(bǔ)MXene材料的機(jī)械性能的不足。作為最豐富的可再生天然聚合物，纖維素是地球上取之不盡用之不竭的高分子化合物。纖維素納米纖維（CNFs）具有一維（1D）納米結(jié)構(gòu)，高的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，通常被用作復(fù)合材料的增強(qiáng)體。然而，目前并沒有關(guān)于d-Ti3C2Tx與CNF復(fù)合制備電磁屏蔽紙的相關(guān)報(bào)道。因此，制備具有增強(qiáng)力學(xué)性能和電磁屏蔽性能的d-Ti3C2Tx/CNF復(fù)合紙具有重要意義。
【成果簡介】
近日，北京林業(yè)大學(xué)馬明國教授課題組利用抽濾自組裝的工藝制備了具有貝殼層狀結(jié)構(gòu)的超薄和高柔韌性的d-Ti3C2Tx/CNFs復(fù)合紙。通過1D CNFs和2D d-Ti3C2Tx的相互作用，成功地實(shí)現(xiàn)了d -Ti3C2Tx/CNF復(fù)合紙的增強(qiáng)增韌，獲得了高拉伸強(qiáng)度（高達(dá)135.4 MPa）和斷裂應(yīng)變（高達(dá)16.7%），具有良好的耐折性能。此外，d-Ti3C2Tx/CNF復(fù)合紙?jiān)诔『穸认戮哂懈叩膶?dǎo)電性和優(yōu)異的電磁屏蔽效率。所得復(fù)合紙?jiān)?2.4GHz處電磁屏蔽效率可達(dá)25.8dB，完全滿足商業(yè)屏蔽需求。
展開 
浙大鄭強(qiáng)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
（a）不同電磁波入射面的不同鍍鎳時(shí)間的Ni@MF/CNT-75/PBAT復(fù)合材料的平均SET；（b）Ni@MF/CNT-75/PBAT復(fù)合材料以不同電磁波入射面時(shí)的ΔSET和SET增強(qiáng)；（c-d）Ni@MF/CNT-75/PBAT復(fù)合材料以不同電磁波入射面時(shí)的平均SEA和A系數(shù)；（e，f）階梯式非對稱Ni@MF/CNT-75/PBAT復(fù)合材料的定向電磁屏蔽機(jī)理示意圖。
由于Ni@MF/CNT/PBAT復(fù)合材料具有獨(dú)特的階梯式非對稱結(jié)構(gòu)賦予了該材料特殊的定向電磁屏蔽性能。實(shí)驗(yàn)“1”和“2”表明電磁波分別從Ni@MF層和CNT層入射(圖2a，b)。盡管不同的入射方向，所有復(fù)合材料的EMI SET在X波段呈現(xiàn)較弱的頻率依賴性；此外，EMI SET隨著電鍍時(shí)間的增加而顯著增加（圖2c，f）。當(dāng)Ni@MF為電磁波入射面時(shí)，Ni@MF-5/CNT-75/PBAT的平均SET的38.3 dB，當(dāng)CNT為電磁波入射面時(shí)，Ni@MF-5/CNT-75/PBAT的平均SET僅為29.5 dB，ΔSET為8.8 dB（圖3a）。結(jié)果表明，當(dāng)電磁波從Ni@MF層射入時(shí)，Ni@MF/CNT/PBAT復(fù)合材料的電磁屏蔽性能優(yōu)于CNT層為電磁波入射面時(shí)的電磁屏蔽性能，即Ni@MF/CNT/PBAT復(fù)合材料具有獨(dú)特的定向電磁屏蔽性能。
圖4. （a，b）純PBAT和不同鍍鎳時(shí)間的Ni@MF/CNT-75/PBAT復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和相應(yīng)的拉伸強(qiáng)度和韌性；（c-e）遙控玩具車系統(tǒng)中的實(shí)際定向電磁屏蔽應(yīng)用測量：信號發(fā)射器分別面對（c）無屏蔽材料、（d）Ni@MF層和（e）CNT層。
展開 ：室溫快速自修復(fù)可拉伸柔性透明電磁屏蔽材料
基于上述特性，研究團(tuán)隊(duì)將銀納米線滲流網(wǎng)絡(luò)半嵌入該彈性體表面，最終獲得的材料擁有超過60%的透明度，即使在拉伸50%應(yīng)變時(shí)，仍具有超過20dB的EMI 屏蔽效果。得益于聚合物分子鏈的高動態(tài)性和銀納米線滲流網(wǎng)絡(luò)獨(dú)特的半嵌入結(jié)構(gòu)，分子鏈運(yùn)動時(shí)，也能帶動銀納米線滲流網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動，使得受到損傷的銀納米線網(wǎng)絡(luò)搭接出新的導(dǎo)電通路，從而賦予了材料電磁屏蔽功能快速自修復(fù)的特性。
圖1.自修復(fù)可拉伸透明電磁屏蔽復(fù)合材料制備策略
PDMS-MPI-HDI分子鏈中MPU單元和HDU單元無規(guī)排布，聚合物分子鏈松散堆積，打破了結(jié)晶行為，在DSC中未發(fā)現(xiàn)結(jié)晶峰，樣品呈無色透明狀態(tài)，透明度高于94%。向PDMS-MPI-HDI表面半嵌入一層銀納米線滲流網(wǎng)絡(luò)后，復(fù)合材料在具備導(dǎo)電能力的同時(shí)，仍然保持透明。
圖2 Ag NWs/PDMS-MPI-HDI的電磁屏蔽功能修復(fù)展示
破損的銀納米線滲流網(wǎng)絡(luò)能在分子鏈運(yùn)動的帶動下，重新搭接出導(dǎo)電通路，實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽功能的自修復(fù)，在室溫下修復(fù)60 min后，復(fù)合材料表面劃痕可基本消除。即使是在拉伸狀態(tài)下，受損材料上的缺口也沒有進(jìn)一步擴(kuò)展，在恢復(fù)形變后，其電磁屏蔽效率仍能恢復(fù)如初。
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(yán)重。嚴(yán)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(dú)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(bào)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(diǎn)(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(shí)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(rèn)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(tuán)，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(rèn)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(dú)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(diǎn)，已被用于EMI屏蔽和熱管理應(yīng)用。
展開 貴州大學(xué)謝蘭教授團(tuán)隊(duì)：高導(dǎo)熱的高性能電磁屏蔽材料
為了提高聚合物導(dǎo)熱性能，謝蘭教授團(tuán)隊(duì)前期利用強(qiáng)剪切流動場與層層自組裝技術(shù)，從多維填料協(xié)同、多元異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（圖1B/C）及填料多尺度構(gòu)建（圖1C）等方面搭建有序?qū)訝罹W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，研究了生物質(zhì)基復(fù)合材料“結(jié)構(gòu)-界面熱阻-導(dǎo)熱性能”的關(guān)系（圖1），最終實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)基復(fù)合材料的強(qiáng)韌性及其高導(dǎo)熱性能。
圖2. 高導(dǎo)熱的NFC/Fe3O4＆CNT/PEO薄膜的電磁屏蔽效果展示及其機(jī)理示意圖。
基于前期研究工作，謝蘭教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步采用“交替多層”設(shè)計(jì)思路構(gòu)建了包含納米纖維素/四氧化三鐵（NFC/Fe3O4）層和碳納米管/聚環(huán)氧乙烷（CNT/PEO）層的交替多層薄膜。其復(fù)合膜展現(xiàn)了優(yōu)異的電導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù)以及出色的電磁屏蔽效能（EMI SE）。NFC/Fe3O4＆CNT/PEO柔性薄膜同時(shí)具有出色的EMI SE和導(dǎo)熱系數(shù)，在通信行業(yè)，便攜式電子設(shè)備和機(jī)器人關(guān)節(jié)中具有潛在的應(yīng)用前景。
圖3.復(fù)合材料的導(dǎo)熱與電磁屏蔽性能。
本研究成果第一作者為貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院2018級碩士研究生李毅，通訊作者是薛白博士和謝蘭教授。
展開 一種雙模式個(gè)人熱管理可拉伸電磁屏蔽織物
來源 | Advanced Functional Materials
01
背景介紹
隨著可變形、可穿戴電子設(shè)備的快速發(fā)展，由電磁波引起的電磁輻射和電磁干擾問題日益嚴(yán)重，對人類健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)的電磁屏蔽材料在拉伸和彎曲變形下的機(jī)械穩(wěn)定性較差，在大應(yīng)變下電磁屏蔽性能急劇下降，因此有必要研制出具有可拉伸性的柔性可穿戴式電磁屏蔽材料。另一方面，可穿戴設(shè)備還應(yīng)具有個(gè)人熱管理能力，通過被動輻射制冷和加熱，實(shí)現(xiàn)在炎熱和寒冷的天氣條件下都能夠?yàn)榇┐髡咛峁┦孢m的溫度環(huán)境。因此，開發(fā)集柔性、透氣性、可拉伸的電磁屏蔽和個(gè)人被動熱管理能力于一體的可穿戴電子織物具有很大的應(yīng)用前景，但如何實(shí)現(xiàn)拉伸過程中仍能保持穩(wěn)定的電磁屏蔽性能以及成功集成個(gè)人熱管理能力仍然具有挑戰(zhàn)性。
02
成果掠影
近日，鄭州大學(xué)橡塑模具國家工程研究中心劉春太教授和馮躍戰(zhàn)副教授團(tuán)隊(duì)巧妙的運(yùn)用雙軸預(yù)拉伸的方法在靜電紡絲TPU/PDMS織物的一側(cè)成功構(gòu)建塊狀堆疊褶皺結(jié)構(gòu)的AgNW/MXene導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，得到了一種具有janus型雙模被動個(gè)人熱管理能力的可拉伸EMI屏蔽織物。采用靜電紡絲法制備柔性多孔TPU/PDMS織物作為彈性基體，在雙軸預(yù)拉伸的狀態(tài)下通過噴涂將AgNW和MXene依次沉積在織物一側(cè)，由于彈性TPU/PDMS基底與AgNW/MXene導(dǎo)電層之間的模量不匹配，在緩慢釋放預(yù)應(yīng)變后會形成塊狀堆疊的褶皺狀導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。褶皺AgNW/MXene導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)賦予織物應(yīng)變不變的電磁干擾屏蔽能力，在單軸(10-50%拉伸應(yīng)變)和雙軸(21-125%拉伸應(yīng)變)條件下都能確保穩(wěn)定的40 dB屏蔽效果。
展開 中科院合肥分院在電磁屏蔽且導(dǎo)熱的先進(jìn)電子封裝材料研究方面取得新進(jìn)展
近期，中科院合肥分院應(yīng)用所先進(jìn)材料中心田興友研究員和張獻(xiàn)副研究員團(tuán)隊(duì)在同步實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱絕緣及電磁屏蔽性能的先進(jìn)電子封裝材料制備方面取得了新的研究進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在Composites Part A 117 (2019) 56–64復(fù)合材料領(lǐng)域的TOP期刊上。
近年來，隨著電子器件逐漸向大功率、小型化及高集成度方向發(fā)展，散熱問題逐漸成為制約下一代高功率密度電子器件發(fā)展的瓶頸問題；同時(shí)，電子元件分布密度過高或高頻電路造成的電磁干擾問題愈加嚴(yán)重，尤其是隨著高頻高速5G時(shí)代的到來，對電磁屏蔽材料提出了更高的要求。因此，如何同步實(shí)現(xiàn)電子封裝材料的高導(dǎo)熱絕緣與抗電磁干擾性能成為目前急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。
復(fù)合材料隔離雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的制備示意圖及導(dǎo)熱性能
電子封裝材料在某些場合下具有電絕緣特性的要求，而目前碳系復(fù)合材料在改善導(dǎo)熱性能的同時(shí)，通常會引起導(dǎo)電性能的提升，從而影響了封裝材料的實(shí)際應(yīng)用。本課題組以聚偏氟乙烯(PVDF)為研究對象，構(gòu)筑了多壁碳納米管(MWCNT)與氮化硼(BN)的隔離雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，滿足材料導(dǎo)熱與抗干擾性能的同時(shí)，兼顧了電子封裝材料的電絕緣性能。首先原位制備了PVDF@MWCNT復(fù)合微球，在微球內(nèi)部形成了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)又提高了PVDF的導(dǎo)熱性能；然后在微球外部，采用絕緣BN導(dǎo)熱填料構(gòu)建了完整的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)通路，并通過整體包覆降低了復(fù)合微球的導(dǎo)電性能，從而使得復(fù)合材料在實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱和電磁屏蔽性能同步提升的基礎(chǔ)上，兼具有良好的電絕緣性能。
復(fù)合材料的電絕緣與抗電磁干擾性能
本方法工藝簡單、成本低廉，易于規(guī)模化，且獲得的復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)熱絕緣及抗電磁干擾性能，有望在大功率集成電路、5G通訊、高功率雷達(dá)、太赫茲通信設(shè)備等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，滿足新一代裝備對電磁兼容與散熱的迫切需求，具有廣泛的應(yīng)用前景。
展開 北化大于中振教授和張好斌教授團(tuán)隊(duì)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(yán)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(shí)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(tuán)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(tuán)隊(duì)展示了一種有效的方法來提高M(jìn)Xene基氣凝膠的彈性，同時(shí)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(qiáng)度，還實(shí)現(xiàn)了氣凝膠的超輕性和超彈性。同時(shí)，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(jī)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(hù)等領(lǐng)域。
展開 
西工大顧軍渭教授《Small》：基于三明治結(jié)構(gòu)的電磁屏蔽復(fù)合膜
電子設(shè)備的快速發(fā)展使電磁輻射、電磁干擾等問題日益突出，嚴(yán)重影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行和信息的安全傳遞，并危害人體健康。柔性電磁屏蔽材料可對電子設(shè)備及其所處環(huán)境進(jìn)行有效防護(hù)，阻止電磁信息泄漏、切斷電磁波傳播途徑、抑制電磁波的輻射和干擾，是解決電磁輻射和電磁干擾問題最為重要的技術(shù)手段之一。隨著新一代柔性電子設(shè)備智能化、便攜化以及可穿戴化的發(fā)展趨勢，對電磁屏蔽材料的柔性、輕質(zhì)、導(dǎo)熱性能及力學(xué)性能等方面也提出了更高的要求，亟需研究制備新型高性能、多功能柔性電磁屏蔽復(fù)合膜。
西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院顧軍渭教授“結(jié)構(gòu)/功能高分子復(fù)合材料”（SFPC）課題組通過在纖維素、聚苯胺基體中分別引入銀納米線、 Ti3C2Tx MXene（ACS Appl Mater Interfaces, 2020, 12: 18023；Compos Sci Technol, 2019, 183: 107833）實(shí)現(xiàn)其電磁屏蔽性能的有效提升；以芳綸納米纖維為增強(qiáng)層、 Ti3C2Tx MXene/銀納米線雜化導(dǎo)電填料為導(dǎo)電層，制備的雙層結(jié)構(gòu)電磁屏蔽復(fù)合膜（ACS Nano, 2020, 14: 8368）兼具良好的柔韌性、優(yōu)異的力學(xué)性能、高電導(dǎo)率、突出的寬頻電磁屏蔽性能和熱管理性能等特性；并采用離子誘導(dǎo)自組裝和真空輔助抽濾成膜工藝制備出多孔結(jié)構(gòu)的Ti3C2Tx MXene/rGO電磁屏蔽復(fù)合膜（Carbon, 2021, 175: 271），有效解決二維材料的自堆疊問題，增大片層間距、增加多重反射界面、延長電磁波傳輸路徑，實(shí)現(xiàn)其電磁屏蔽性能的高效提升。
展開 研究 \\ 一種具有優(yōu)異電磁屏蔽和導(dǎo)熱性能的PEEK復(fù)合材料
此外，將靜電紡絲NH2-GnPs&MWCNTs/聚醚醚酮(PEBEKt)和冷凍干燥的MWCNTs/PEEK@PBZ復(fù)合材料置于三明治結(jié)構(gòu)中構(gòu)建三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。定向填料可以通過增加熱流輸送來改善熱擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)。最佳的面內(nèi)和面外導(dǎo)熱系數(shù)值分別為21.0和6.9 W/(mK)，是純PEEK的90倍和29倍。復(fù)合材料還具有良好的電磁屏蔽性能(80.4 dB, 21.1%)、熱穩(wěn)定性和熱管理能力。因此，三維導(dǎo)熱復(fù)合材料為熱管理和電磁屏蔽材料提供了可行的思路。研究成果以“Covalently modified graphene and 3D thermally conductive network for PEEK composites with electromagnetic shielding performance ”為題發(fā)表于《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1.三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)PEEK復(fù)合材料的制備示意圖。
圖2.材料的XRD和拉曼結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3.(a)GnPs和(b) NH2-GnPs的TEM圖像，(c)和(d)分別為GnPs和NH2-GnPs的部分放大圖像，(e，f) GnPs和 NH2-GnPs的能譜圖。
圖4.材料的SEM圖。
圖5.材料的熱物性。
圖6.復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能增強(qiáng)機(jī)理示意圖。
圖7.復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。
展開 浙大高超教授團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)高溫穩(wěn)定高導(dǎo)電石墨烯膜，可用于電磁屏蔽防護(hù)
電子通訊設(shè)備的快速發(fā)展，伴隨著嚴(yán)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(xiǎn)，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(shí)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(diǎn)，使其在電磁防護(hù)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(dá)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(qiáng)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(bào)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(dá)到1.73×107 S/m，且實(shí)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(yán)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(diǎn)
（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(shí)了其導(dǎo)電率可達(dá)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(dá)到400 ℃，可長時(shí)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(jì)算揭示了其高溫穩(wěn)定性的原理。
展開 一種具有優(yōu)異熱管理和電磁屏蔽性的Cu/PLLA柔性薄膜
良好的熱管理能力仍然是可穿戴材料面臨的挑戰(zhàn)。同時(shí)，電子元件產(chǎn)生的電磁波會干擾正常的細(xì)胞行為和設(shè)備工作。因此，具有柔性熱管理和電磁屏蔽材料的超薄功能復(fù)合材料在優(yōu)化可穿戴設(shè)備方面具有很大的前景。
熱管理和電磁屏蔽薄膜已被開發(fā)用于各種可穿戴應(yīng)用。傳統(tǒng)的剛性材料，如銅箔和石墨，很難滿足動態(tài)和可變的應(yīng)用條件。柔性織物因其良好的透氣性和低廉的施工成本而廣受歡迎。PLLA是一種具有優(yōu)異物理性能的可生物降解、高度生物相容性的聚合物，通過靜電紡絲法可以實(shí)現(xiàn)高透氣性，并經(jīng)過一系列處理和反應(yīng)后保持良好的透氣性。通過將PLLA與金屬納米顆粒結(jié)合，可以保持導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性。然而，柔性膜較低的強(qiáng)度限制了其耐久性和功能。
此外，柔性織物的透氣性也是決定設(shè)備舒適性和可用性的關(guān)鍵因素，但金屬復(fù)合材料很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度和高透氣性。傳統(tǒng)的纖維膜增強(qiáng)處理方法包括物理方法和化學(xué)方法。熱壓和熱輥壓等物理方法需要設(shè)備支持，價(jià)格昂貴，并且由于強(qiáng)大的外力會嚴(yán)重破壞纖維結(jié)構(gòu)，缺乏靈活性。丙酮后處理等化學(xué)途徑只能增強(qiáng)纖維連接，效果有限，導(dǎo)致后續(xù)金屬涂層分層和不一致。
此外，可穿戴設(shè)備的輕薄特性往往會限制導(dǎo)電材料的熱管理能力。熱積累會造成薄膜失效，影響可穿戴織物的舒適性;加入電能也會影響材料的熱工性能。熱傳導(dǎo)和分散往往伴隨著其他材料性能的波動，并依賴于外部溫度，這使得可靠的散熱和熱利用非常有限。因此具有效熱管理和高電磁干擾屏蔽性能并且靈活、透氣的超薄金屬-聚合物纖維膜材料的開發(fā)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，極大地限制了可穿戴設(shè)備的技術(shù)革命。
02
成果掠影
近期，英國曼徹斯特大學(xué)材料學(xué)院李加深團(tuán)隊(duì)和牛津大學(xué)劉澤堃團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)開發(fā)了一種具有優(yōu)異電磁屏蔽性能和熱管理能力的柔性透氣復(fù)合薄膜。
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