陳根:研究開發新型材料--電磁遮蔽效能超強

文/陳根

隨著物聯網、自動駕駛、可穿戴裝置的發展,電路整合越來越複雜。無論是汽車高效能的音響系統,還是體積越來越小的5G通訊裝置,要保證這些電子產品正常執行,電磁干擾遮蔽至關重要。

在電子裝置工作時,既不希望被外界電磁波干擾,又不希望自身輻射出電磁波干擾外界裝置及危害人體健康,所以需要阻斷電磁波的傳播路徑。這就要求其自身產生的電磁波被吸收,而外界入射的電磁波被反射或吸收。

傳統金屬比如銅和鋁等,是常用的電磁遮蔽材料,但它們容易被腐蝕且密度較高。此外,它們以反射電磁波為主,往往容易造成二次汙染。因此在行動式可穿戴裝置和航空航天材料中,具備優異力學效能和超低密度的電磁遮蔽材一直是剛需。

基於此,科學家們使用石墨烯、MXenes(過渡金屬碳化物、氮化物和碳氮化物)和金屬奈米線,研發出具有超低密度、超高電磁遮蔽效能和優異力學效能的複合物。

該石墨烯複合物能使入射的電磁波被多次反射和吸收,適合用於超高效能的電磁遮蔽應用。該材料內部模仿蜂巢結構,能有效降低材料密度並增強電磁遮蔽效能。通常情況下,只需在計算機中輸入想要的圖案,就能訂製出想要的蜂窩狀多孔石墨烯材料,甚至可以做出刺繡圖案。

蜂窩結構的好處還在於,材料在面對彎曲、拉伸、扭轉等時,蜂窩結構可使得應力分散,從而避免應力集中導致材料疲勞損傷的情況發生。因此,即便給蜂窩狀多孔石墨烯材料做了1000次彎曲迴圈試驗,其電效能也絲毫未損。

另外,蜂窩狀多孔石墨烯材料厚度更大,電磁遮蔽效能更好。單片48。3μm 的蜂窩狀多孔石墨烯材料,在10 GHz時的電磁遮蔽效能大約是40dB,此時它能遮蔽99。99% 的入射電磁波;當把該材料堆疊到6 層後,電磁遮蔽效能可達 80 dB,並能衰減 99。999999% 的入射電磁波。

值得一提的是,該材料成本較低。蜂窩狀多孔石墨烯材料的原材料為商用聚醯亞胺,尺寸為50 cm*100 cm 的商用聚醯亞胺薄膜的價格約為100元人民幣。而市面上由化學氣相沉積法(CVD)生長的銅基底多層石墨烯尺寸 5 cm*5 cm 的價格約為2000元。

並且,與石墨烯的CVD生長技術相比,該技術工藝簡單、條件溫和可控,製造過程效率高,很適合大規模製備。

目前,科學家們正在積極提高技術壁壘,希望可以使用該材料打造出特色產品。未來,經過進一步的研發,希望其可以能夠帶給人們新的驚喜。

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