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可屏蔽99%电磁干扰:清华团队研制出蜂窝多孔石墨烯材料

2021年05月20日 17:27:46字号:T|T

    具有超低密度、优异柔韧性和良好机械性能的高性能电磁干扰(EMI)屏蔽材料,是航空航天和可穿戴电子产品的理想材料。

    蜂窝,又叫蜂巢,是蜂群活动和繁殖的地方,也常引申为蜂窝状的多孔物体,如蜂窝电话、蜂窝结构等。它既不干扰其它设备,同时也不受其它设备的影响。

    受蜂窝结构启发,清华大学集成电路学院任天令教授团队联合开发出了一种用于电磁干扰屏蔽和可穿戴应用的蜂窝多孔石墨烯(HPG)。主要利用的原材料为聚酰亚胺薄膜,采用了激光切割技术进行制备。

    基于蜂窝三维网络结构,在48.3 μm厚度下,这种多孔石墨烯(HPG)具有高达45 dB的电磁干扰屏蔽效果。单件HPG具有240123 dB c㎡/g的超高绝对屏蔽效能(SSE/t),超低密度为0.0388 g/cm3,明显优于一般的碳基、MXene和金属材料。

    据悉,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。

    此外,利用MXene和AgNWs覆盖HPG的蜂窝孔,以增强表面反射;因此,HPG/AgNWs复合膜的SSE/t可达292754 dB c㎡/g。

    更重要的是,HPG在循环拉伸和弯曲中表现出良好的机械稳定性和耐久性,可用于监测人体微弱的脉搏、呼吸和喉部运动等生理信号。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。

    研究团队表示,轻量化、柔性的HPG具有良好的电磁屏蔽性能和力学性能,且成本低、易于批量生产,在电磁屏蔽和可穿戴电子产品中具有广阔的应用前景。

    该团队分别采用功率密度为16、80、85、90和95mW/2的激光,在薄膜上制备蜂窝状多孔石墨烯材料。当激光功率处于80 mW/2时,其电磁屏蔽性能可达20 dB,并能屏蔽衰减99%的电磁干扰。 

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