貴州大學 Nano-micro letters：定向電磁干擾屏蔽設計

【引言】

隨著以新興5G無線系統為代表的電子設備和通訊技術的發展，電磁污染成為一個不可避免的社會問題。它不僅會干擾電子設備的正常運行，影響其精度及壽命，而且對人類的健康也有著不小的威脅。理論上，凡是電壓或電流突變的場合，就會有電磁干擾問題存在。比較嚴重的干擾主要包括雷電及其二次效應、電力電子器件、核爆炸、高幅值的脈沖電磁場等。電磁干擾具有很強的隨機性及不確定性，而隱蔽的電磁干擾更具危害作用。

為了解決這一問題，通常采用吸波材料來屏蔽這些干擾信號。傳統上，金屬基材料具有高導電性及良好的磁導率，但由于其高密度、柔性差以及可加工性低的固有屬性，使得它們難以應用于智能化和精密的電子產品中。因此，開發具有良好機械性能的新型輕質柔性電磁屏蔽材料是一個關鍵挑戰。而碳基材料具有質輕、良好的柔性以及電學性能等優點，可以很大程度上滿足“輕，薄、寬、強”的設計要求。例如，一維單壁碳納米管（CNT）由六方鍵合的sp²碳原子組成的一維螺旋管狀分子結構，可看作由二維石墨烯片沿著一定方向卷曲而成。研發具有高性能的CNT基復合材料，在滿足電子儀器工作所需的力學性能及電學性能的基礎上，賦予其抗干擾防輻射能力，是順應未來科技發展趨勢以及解決電磁兼容問題的有效手段。

【成果簡介】

貴州大學? 謝蘭，鄭強等研究小組設計出一種Ni-三聚氰胺/CNT@聚己二酸丁二醇酯-對苯二甲酸乙二醇酯（PBAT）的復合材料。首先，采用化學鍍工藝在三聚氰胺上鍍鎳，通過真空輔助自組裝法獲得CNT紙。接著，通過簡易的封裝技術，將PBAT、Ni-三聚氰胺及CNT紙包覆在一起。形成一種階梯不對稱的導電網絡結構。結果表明： Ni@MF/CNT/PBAT網絡結構的不對稱性以及電導性促使其具有極好的電磁波吸收性能。當電磁波進入Ni@MF層或CNT層，其屏蔽效能分別為38.3dB和29.5?dB。該研究階梯不對稱導電網絡結構屏蔽復合材料的設計開辟了一個新的研究窗口，在便攜式電子和下一代通信技術中有著廣闊的應用前景。其成果以“Directional Electromagnetic Interference Shielding Based on Step Wise Asymmetric Conductive Networks”為題, 發表在Nano-Micro letter?(IF=16.9)上。

?圖文解讀

圖一?Ni@MF/CNT/PBAT階梯不對成網絡結構的設計

（a）Ni@MF/CNT/PBAT階梯不對成網絡結構的制備過程示意圖； （b）CNT紙和（c）MF海綿的SEM圖像；（d）（e）Ni@MF在不同放大倍數下的SEM圖像（f）Ni@MF-5的EDS圖像；（g）Ni （h）CNT-75/PBAT 和（i）Ni@MF-5/PBAT層的SEM圖像；（j）-（m） Ni@MF/CNT/PBAT的SEM圖像以及EDS圖像，C,O,Ni ? 2022 The Authors

圖二 式樣的結構表征

（a）MF, Ni@MF-5, CNT和CNT/PEO的XRD圖像； （b）PBAT和 Ni@MF-5/CNT-75/PBAT的XRD圖像和（c）MF和Ni@MF-5的XPS光譜圖；（d）N1s,（e）C1s, （f）Ni2p ? 2022 The Authors

圖三?式樣的結構表征

（a）Ni@MF-5層和（b）CNT層的電磁波吸收示意圖； （c）-（e）Ni@MF-5層的反射損失、吸收損失以及反射功率（f）-（h）CNT層的反射損失、吸收損失以及反射功率；? 2022 The Authors

圖四 電磁波吸收機制

（a）Ni@MF/CNT-75/PBAT在不同樣品處的平均反射損失；（b）Ni@MF/CNT-75/PBAT在不同樣品處的反射損失變化量和增量，在不同樣品處的（c）吸收損失和（d）反射功率；（e）（f）電磁波吸收機制示意圖 ? 2022 The Authors

文獻鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-021-00743-y