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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。隨著高頻高速5G時代的到來以及可穿戴設備的發展，對電磁屏蔽材料提出了更高的要求。金屬材料雖具有良好的電磁屏蔽性能，但其密度大、易腐蝕等特點限制了其進一步應用。因此，發展高效、輕質、柔性、耐腐蝕金屬基電磁波屏蔽材料是一項重大挑戰。

電磁屏蔽器件是在電磁屏蔽材料的基礎上進行二次開發，所需的材料必須具有良好的導電性，因此可以直接選擇金屬材料，如鈹銅、不銹鋼等；也可以對基材行電鍍，如導電布等；或者在不導電的基材中添加一定比例的導電填料從而使得材料導電，基材可采用硅膠、塑料等材料，導電填料可以是金屬片、金屬粉末、金屬纖維或金屬化纖維等材料。

20 世紀40 年代，隨著電磁兼容性概念的提出和相關電磁兼容科學研究的開展，鐵磁材料和金屬良導體材料對電磁干擾的作用得到了深入的研究和實驗，鐵磁材料如純鐵、硅鋼、坡莫合金（鐵鎳合金）等被廣泛應用于電磁屏蔽領域尤其是軍工行業。

20 世紀60 年代以后，數字計算機、信息技術、測試設備、電信、半導體技術的發展帶動了電磁屏蔽器件行業的發展，表面敷層屏蔽材料開始被廣泛應用，這類材料是在塑料等絕緣體的表面附著一層導電層，從而達到屏蔽的目的。材料以反射損耗為主，具有導電性能好、屏蔽頻率范圍寬的優點。

進入20 世紀80 年代以來，通訊、自動化、電子技術的飛速發展對電磁屏蔽材料提出了更高的要求，填充復合型屏蔽材料開始在美、英、日等國得到應用，這類全新的材料是采用導電填料與塑料等成型材料填充復合而成的。導電填料常用金屬纖維、金屬化纖維、碳纖維、超細碳黑、金屬片、金屬合金粉等。填充復合型屏蔽材料不但具有電磁屏蔽效果好、便于批量生產的優勢，而且選取不同的導電填料和基材可以合成得到不同的機械性能和屏蔽性能的材料，滿足不同產品的設計要求。

隨著電子產品的不斷推陳出新，電子產品的性能要求更高、速度要求更快、結構要求更緊湊，因而對電磁屏蔽材料的要求也越來越高。電磁屏蔽材料將向屏蔽效能更高、屏蔽頻率更寬、綜合性能更優良的方向發展，各種新材料在電磁屏蔽的創新應用將會得到更多發展。

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近日，香港中文大學教授廖維新，中國科學院深圳先進技術研究院汪正平、孫蓉團隊在國際納米材料期刊Small上發表了最新研究成果Anticorrosive, ultra-light and flexible carbon-wrapped metallic nanowire hybrid sponges for highly efficient electromagnetic interference shielding（《用于高性能電磁屏蔽的耐腐蝕輕質柔性碳包覆金屬納米線雜化泡棉》）。科研人員采用水熱法和高溫退火制備了碳包覆銀納米線雜化海綿（Ag@C），該Ag@C海綿具有超輕（極低的密度3.2 mg/cm3）、良好的力學性能（可彎折、扭曲，以及在90%壓縮應變下完全回復）和優異的電磁波屏蔽性能（在X-band和Ku-band高于70 dB）。更為重要的是，由于殼層碳對銀線的有效包覆及其特殊的多孔結構，Ag@C海綿表現出超疏水（水接觸角158o）和優異的耐腐蝕性能（在pH=0的硝酸溶液下浸泡7天屏蔽性能無明顯變化）。該雜化海綿結合了金屬優異的屏蔽性能和碳材料的輕質、柔性和耐腐蝕等優點，綜合性能遠優于傳統金屬材料和普通碳材料。該工作為開發高效、輕質、柔性、耐腐蝕金屬基電磁屏蔽材料提供了新的設計思路。香港中文大學博士生萬艷君為論文第一作者，廖維新、孫蓉為論文的共同通訊作者，團隊成員研究員朱朋莉和于淑會參與了該項研究工作。

此外，研究團隊將廉價易得的纖維素纖維與氧化石墨烯相結合，通過調控二者比例、退火溫度及氣氛，開發了超輕（密度僅為2.83 mg/cm3）且力學性能優異的高效電磁屏蔽（47.8 dB）氣凝膠（Carbon, 2017; 115: 629-639）。在該研究基礎上，結合團隊前期石墨烯復合材料的研究（Composites Science and Technology,2016; 122: 27-35(Highly Cited Paper, Web of Science)；RSC Advances, 2016, 6(61): 56589-56598；Composites Science and Technology, 2017; 141: 48-55），團隊還發展了一種摻雜石墨烯紙，通過對選取的大尺寸石墨烯進行碘摻雜，一方面大尺寸石墨烯具有較好的共軛結構，有利于提高其載流子傳輸；另一方面碘摻雜進一步提高了其載流子密度。因此，該摻雜石墨烯紙表現出優異的電磁波屏蔽性能（厚度僅為12.5微米，屏蔽效能高達52.2 dB）且力學性能相比于未摻雜石墨烯紙無明顯下降（Carbon, 2017; 122: 74-81）。該研究工作為開發高性能石墨烯基屏蔽膜提供了新的方法。

相關工作得到了國家重點研發專項（2017YFB0406300）、香港研究資助局（T23-407/13-N）、先進電子封裝材料廣東省創新團隊（2011D052）、廣東省高密度電子封裝關鍵材料重點實驗室（2014B030301014）等項目的資助。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201800534

圖1 高性能電磁屏蔽碳包覆銀納米線雜化海綿的制備：（a）Ag@C的制備示意圖；（b）碳化前與（c）碳化后雜化海綿示意圖及實物圖；（d）不同形狀的雜化海綿，表現出優異的力學性能；（e）雜化海綿屏蔽電磁波原理示意圖。

圖2 雜化海綿形貌結構及其在不同厚度和頻段下的電磁屏蔽性能 

文章來源：深圳先進技術研究院 

IEEE Spectrum

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