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中科大俞书宏团队Nano Letters:电磁屏蔽性能优异的轻质材料!

来源:石墨烯联盟|

发表时间:2021-04-22

点击:4264

文章来源:材料科学与工程


如今,无形的电磁波遍布我们的周围,为从家用电器到通信卫星等几乎所有对现代社会至关重要的东西供电。然而,这也导致了严重的电磁干扰问题,几乎影响了日常生活、军事设备和空间研究中非常重要的每一个电气设备。因此,为了更好地控制电磁环境,制造具有高效率和轻质特性的电磁干扰屏蔽材料已经引起了相当大的关注。


一般来说,典型的电磁干扰屏蔽材料需要通过直接与电磁场相互作用来反射辐射,并通过内部电偶极子和/或磁偶极子来吸收电磁波。传统的电磁干扰屏蔽材料是以金属为基础的,金属太重,不能满足轻型使用的需要。因此,聚合物或陶瓷的表面金属化也得到广泛应用,但是复杂的工艺和较差的耐腐蚀性限制了其应用。最近,含有导电纳米结构单元的聚合物复合材料因其重量轻、电磁干扰效率更高和耐腐蚀等特点而备受关注。然而,这些聚合物电磁干扰屏蔽复合材料的机械性能难以满足其作为结构材料的应用。


近日,中科大俞书宏教授课题组报道了一种可持续的生物传感双网络结构材料,它具有优异的比强度和来自纤维素纳米纤维(CNF)和碳纳米管(碳纳米管)的显著的电磁干扰屏蔽性能(100 dB), 特别是,生物感应双网络结构设计同时实现了极高的导电性和机械强度,这使得它成为用于实际电磁波屏蔽应用的轻质、高屏蔽效率和可持续的结构材料。这项研究工作以“Sustainable Double-Network Structural Materials for Electromagnetic Shielding”为题发表在国际著名期刊《Nano Letters》上。




图1. CNF/CNTs结构材料的制备及其特点



图2. 水凝胶和块体CNF/CNTs的照片和SEM图像



图3  CNF/CNTs的力学性能、电学性能和EMI屏蔽效率



图4  不同厚度CNF/CNTs的EMI SE及抗冲击性能比较


综上所述,作者开发了一种简单且可扩展的生物感应策略,将CNF和碳纳米管加工成高性能电磁干扰屏蔽结构材料CNF/碳纳米管,该材料具有多种特性,包括优异的机械强度、优异的耐腐蚀性、优异的耐化学性以及高效的加工性能。由CNF和碳纳米管形成的生物感应致密且均匀的纳米纤维双重网络导致极高的机械强度和导电性。得益于这些优异的性能,CNF/碳纳米管复合材料有望成为一种高强度、轻质的电磁屏蔽结构材料

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