科研进展

香港中文大学廖维新教授、中科院深圳先进院汪正平院士、孙蓉研究员团队高性能电磁波屏蔽材料研究取得新进展

时间:2018-06-01  来源:集成所先进材料中心 万艳君 文本大小:【 |  | 】  【打印

  信息时代电子电气设备的迅猛发展在给人们带来方便的同时,也产生了大量的负面效应,如电磁信息泄露、电磁环境污染和电磁干扰等新的环境污染问题。高性能电磁波屏蔽材料已成为解决电磁波污染的关键技术。随着高频高速5G时代的到来以及可穿戴设备的发展,对电磁屏蔽材料提出了更高的要求。金属材料虽具有良好的电磁屏蔽性能,但其密度大、易腐蚀等特点限制了其进一步应用。因此,发展高效、轻质、柔性、耐腐蚀金属基电磁波屏蔽材料是一项重大挑战。 

  近日,香港中文大学廖维新教授,中国科学院深圳先进技术研究院汪正平院士、孙蓉研究员团队在国际纳米材料领域权威期刊Small上发表了最新研究成果Anticorrosive, ultra-light and flexible carbon-wrapped metallic nanowire hybrid sponges for highly efficient electromagnetic interference shielding(《用于高性能电磁屏蔽的耐腐蚀轻质柔性碳包覆金属纳米线杂化泡棉》)。科研人员采用水热法和高温退火制备了碳包覆银纳米线杂化海绵(Ag@C),该Ag@C海绵具有超轻(极低的密度3.2 mg/cm3)、良好的力学性能(可弯折、扭曲,以及在90%压缩应变下完全回复)和优异的电磁波屏蔽性能(在X-bandKu-band高于70 dB)。更为重要的是,由于壳层碳对银线的有效包覆及其特殊的多孔结构,Ag@C海绵表现出超疏水(水接触角158o)和优异的耐腐蚀性能(在pH=0的硝酸溶液下浸泡7天屏蔽性能无明显变化)。该杂化海绵结合了金属优异的屏蔽性能和碳材料的轻质、柔性和耐腐蚀等优点,综合性能远优于传统金属材料和普通碳材料。该工作为开发高效、轻质、柔性、耐腐蚀金属基电磁屏蔽材料提供了新的设计思路。香港中文大学博士生万艳君为论文第一作者,廖维新教授、孙蓉研究员为论文的共同通讯作者,团队成员朱朋莉研究员和于淑会研究员参与了该项研究工作。 

  此外,研究团队将廉价易得的纤维素纤维与氧化石墨烯相结合,通过调控二者比例、退火温度及气氛,开发了超轻(密度仅为2.83 mg/cm3)且力学性能优异的高效电磁屏蔽(47.8 dB)气凝胶(Carbon, 2017; 115: 629-639)。在该研究基础上,结合团队前期石墨烯复合材料的研究(Composites Science and Technology, 2016; 122: 27-35 [Highly Cited Paper, Web of Science]RSC Advances, 2016, 6(61): 56589-56598Composites Science and Technology, 2017; 141: 48-55),团队还发展了一种掺杂石墨烯纸,通过对选取的大尺寸石墨烯进行碘掺杂,一方面大尺寸石墨烯具有较好的共轭结构,有利于提高其载流子传输;另一方面碘掺杂进一步提高了其载流子密度。因此,该掺杂石墨烯纸表现出优异的电磁波屏蔽性能(在厚度仅为12.5微米,屏蔽效能高达52.2 dB)且力学性能相比于未掺杂石墨烯纸无明显下降(Carbon, 2017; 122: 74-81)。该研究工作为开发高性能石墨烯基屏蔽膜提供了新的方法。 

  相关工作得到了国家重点研发专项(2017YFB0406300)、香港研究资助局(T23-407/13-N)、先进电子封装材料广东省创新团队(2011D052)、广东省高密度电子封装关键材料重点实验室(2014B030301014)等项目的资助。

  论文链接

图1 高性能电磁屏蔽碳包覆银纳米线杂化海绵的制备:(aAg@C的制备示意图;(b)碳化前与(c)碳化后杂化海绵示意图及实物图;(d)不同形状的杂化海绵,表现出优异的力学性能;(e)杂化海绵屏蔽电磁波原理示意图。

图2 杂化海绵形貌结构及其在不同厚度和频段下的电磁屏蔽性能

图3 经硝酸(pH=0)溶液浸泡7天后杂化海绵的屏蔽性能和形貌结构