一种具有新型结构的轻质柔性碳基电磁屏蔽复合薄膜

来源：高分子科学前沿

河北工业大学材料科学与工程学院青年教师袁野与哈尔滨工业大学航天学院赫晓东、李宜彬教授团队在《Nanoscale》期刊上联合发表了题为“Light weight and flexible hybrid film basedon delicate design of electrospun nanofibers for high-performance electromagnetic interference shielding”的研究论文（Nanoscale, 2019, 11,8616–8625）。河北工业大学袁野和哈尔滨工业大学李建军为本文的共同通讯作者。

图1.(a) 高性能柔性电磁屏蔽复合薄膜的制备过程.(b–d) 通过吡咯原位沉积、氧化石墨烯自组装法在不同尺度上形成具有双连续导电网络结构和夹层结构的轻质柔性电磁屏蔽复合薄膜。

随着5G技术和柔性电子器件时代的来临，轻质、柔性的高性能电磁屏蔽材料的需求也日益显著。本论文基于静电纺丝技术，以TiO2、吡咯单体和氧化石墨烯为原料，从制备物理性能和结构可控的纳米纤维及无纺布体系出发，围绕双连续导电网络结构和夹层结构等多层次结构的有序构筑，自下而上的制备出了高性能有机/无机混杂碳基电磁屏蔽复合薄膜。在此基础上，论文作者分析了该复合薄膜微观结构与评价宏观性能相结合，并通过电磁仿真软件建立了基于手机辐射的人体电磁屏蔽模型，从实验和理论两个方面揭示不同层次微观结构和材料协同作用对电磁波的响应规律，阐明了该种电磁屏蔽复合薄膜的屏蔽机理。该研究为高性能电磁屏蔽材料在医疗健康、新型电子器件和航空航天领域的应用提供了理论基础。

图2 (a)复合薄膜电磁屏蔽性能分析。(b-c)复合薄膜电磁屏蔽机理分析。

河北工业大学青年教师袁野与哈尔滨工业大学航天学院赫晓东、李宜彬教授团队近年来在碳基电磁屏蔽材料方面开展了大量基础研究工作，制备得到了多种轻质高性能碳基电磁屏蔽材料，相关研究工作分别发表在ACS Appl. Mater.Interfaces和Carbon等学术期刊上（ACS Appl. Mater.Interfaces, 2016,8, 16852-16861；ACS Appl.Mater. Interfaces,2017, 9, 21371-21381；Carbon, 2018, 130, 59-68；Carbon, 2017, 123, 223-232；Carbon, 2019, 143, 507-516；ACS Sustainable Chem.Eng.,2019,7,1228-1238.）。

图3人体大脑暴露于手机电磁辐射的模拟过程：(a)模拟大脑模型示意图。(b)简化的电磁辐射模型。(c-e)大脑直接暴露在电磁辐射中的电场分布云图。(f-h)具有复合薄膜保护作用时大脑中的电场分布云图。

该研究工作得到了国家自然科学基金(NO. 21301040)，中央军委装备发展部重点实验室基金(NO. 6142905180201)，河北省教育厅高等学校重点项目和河北工业大学“元光学者”计划的资助。

论文信息及链接:

Li Huang, Jianjun Li,* Yibin Li, Xiaodong He and YeYuan*, Lightweight and flexible hybrid film based on delicate design ofelectrospun nanofibers for high-performance electromagnetic interferenceshielding, Nanoscale, 2019, 11,8616–8625. DOI: 10.1039/C9NR02102G