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蜂窝状石墨烯材料:适用于超高性能电磁屏蔽应用

2021-05-17 10:13
陈述根本
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文/陈根

随着物联网、自动驾驶、可穿戴设备的发展,电路集成越来越复杂。无论是汽车高性能的音响系统,还是体积越来越小的5G通信设备,要保证这些电子产品正常运行,电磁干扰屏蔽至关重要。

在电子设备工作时,既不希望被外界电磁波干扰,又不希望自身辐射出电磁波干扰外界设备及危害人体健康,所以需要阻断电磁波的传播路径。这就要求其自身产生的电磁波被吸收,而外界入射的电磁波被反射或吸收。

传统金属比如铜和铝等,是常用的电磁屏蔽材料,但它们容易被腐蚀且密度较高。此外,它们以反射电磁波为主,往往容易造成二次污染。因此在便携式可穿戴设备和航空航天材料中,具备优异力学性能和超低密度的电磁屏蔽材一直是刚需。

陈根:蜂窝状石墨烯材料,性能更强、价格更低

基于此,科学家们使用石墨烯、MXenes(过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物)和金属纳米线,研发出具有超低密度、超高电磁屏蔽性能和优异力学性能的复合物。

该石墨烯复合物能使入射的电磁波被多次反射和吸收,适合用于超高性能的电磁屏蔽应用。该材料内部模仿蜂巢结构,能有效降低材料密度并增强电磁屏蔽性能。通常情况下,只需在计算机中输入想要的图案,就能订制出想要的蜂窝状多孔石墨烯材料,甚至可以做出刺绣图案。

蜂窝结构的好处还在于,材料在面对弯曲、拉伸、扭转等时,蜂窝结构可使得应力分散,从而避免应力集中导致材料疲劳损伤的情况发生。因此,即便给蜂窝状多孔石墨烯材料做了1000次弯曲循环试验,其电性能也丝毫未损。

另外,蜂窝状多孔石墨烯材料厚度更大,电磁屏蔽性能更好。单片48.3μm 的蜂窝状多孔石墨烯材料,在10 GHz时的电磁屏蔽性能大约是40dB,此时它能屏蔽 99.99% 的入射电磁波;当把该材料堆叠到 6 层后,电磁屏蔽性能可达 80 dB,并能衰减 99.999999% 的入射电磁波。

值得一提的是,该材料成本较低。蜂窝状多孔石墨烯材料的原材料为商用聚酰亚胺,尺寸为 50 cm*100 cm 的商用聚酰亚胺薄膜的价格约为100元人民币。而市面上由化学气相沉积法(CVD)生长的铜基底多层石墨烯尺寸 5 cm*5 cm 的价格约为2000元。

并且,与石墨烯的CVD生长技术相比,该技术工艺简单、条件温和可控,制造过程效率高,很适合大规模制备。

目前,科学家们正在积极提高技术壁垒,希望可以使用该材料打造出特色产品。未来,经过进一步的研发,希望其可以能够带给人们新的惊喜。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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