石墨烯基电磁屏蔽材料进展研究

刘冬、曾庆熙、李强、盖静霞

摘要：随着自动化驾驶、物联网和可穿戴设备的不断推出，电路也渐渐变得复杂化。无论是汽车的集成化控制还是高性能的音响系统，都对其产品的精确度提出了更高的要求。要想保证这些仪器设备的正常运转，电磁干扰屏蔽是十分重要的，这就需要相关工作部门要开发具有高屏蔽性能的电磁屏蔽材料，而石墨烯就是一种在电磁屏蔽材料中应用次数较多的产品。因此，如何做好石墨烯基电磁屏蔽材料工作成为本文探讨的关键性问题。

关键词：石墨烯；基电磁；屏蔽材料

前言：在电子设备工作的过程中，他不仅要求不能被外界电磁波干扰，自身辐射出的电磁波也不能干扰外界的电磁波和危害人类的身体健康，这就需要专门阻断电磁波的传播路径。这就使得不同屏蔽材料的电磁波干扰屏蔽材料得以开发与创新，并应用到不同的工作场景之中，从而导致石墨烯在电磁屏蔽材料中的应用也越来越广泛。

1. 石墨烯基电磁屏蔽材料概述

目前，市场上常用电磁屏蔽材料包括金属材料、磁性材料、导电聚合物、碳基导电复合材料等。由于其具有良好的电损耗与磁损，电磁屏蔽性能也得到了一定程度上的保障。其中，传统金属材料和磁性材料密度较大，随着电子设备向便携式方向发展，这就要求电磁屏蔽材料在具备高屏蔽性能的同时也具有轻质等特点。由此可见，电磁屏蔽材料具有轻质、耐腐蚀和易加工等优点，而石墨烯基电磁屏蔽材料在电磁屏蔽方面具有更加突出的应用价值^【1】。因为石墨烯具有优异的导电性，是作电磁蔽涂料的优良材料。碳系材料的屏蔽作用主要取决于表面反射，而石墨烯的结构有利于提高多次反射损耗。导电膜就是一种应用比较广泛的电磁屏蔽材料。石墨烯是片状结构，如果其一层一层的紧密平行排列，过面与面的接触实现导电通路，由于接触面大、电阻小，导电能力较强。这就是理想中的石墨烯屏蔽材料的的导电网络^【2】。

2. 石墨烯基电磁屏蔽材料的具体应用

1. 在电池领域的应用

一般而言，很多非专业的人士对石墨烯有一种错误的认识，觉得石墨烯的导电能力较强，所以石墨烯电池也很厉害，可以跑得很远。但石墨烯电池并非整个都是由石墨烯材料制作而成，而是在电池的电极或者浆料中添加一部分石墨烯材料，其主要功能就是让石墨烯在电池中有效降低电池的电阻，让其导电作用充分发挥作用，同时提升电池的倍率，增强石墨烯电池的充放电性能以及循环寿命。除此之外，很多普通的电池如果稍微弯折一下，电池的性能也会损失部分，而石墨烯电池则对这种没有明显的影响，这也就是其在电池领域广泛应用的原因^【3】。

2. 石墨烯触摸屏

石墨烯有很多神奇的性能，因为它只有一个电子层，也被称为世界上最薄的材料。但它又是强度最大的材料，因为在理论上它的强度比刚强韧200倍，同时它也是导电性最好的材料，这些性能都让它的应用前景十分广阔。因此，石墨烯触摸屏也是电磁屏蔽材料中较为典型的一种，因为石墨烯里面的电子跑的非常快，在室温下的电子能够做成超快集成电路，进而为石墨烯触摸屏产品服务。除此之外，石墨所具有的电磁屏蔽特性，还可以用来服务于航空事业，创作出隐形飞机、隐身材料等物品，最终促进石墨烯电磁屏蔽材料的创新发展。

3. 蜂窝状石墨烯电磁屏蔽材料

近几年，清华大学的石墨烯团队以及工作人员研究出了一款蜂窝状石墨烯电磁屏蔽材料，为电磁屏蔽材料家庭带来了新成员。具体来说，蜂窝主要由很多房孔组成，每个房孔都是正六角形，每两个房孔之间又有一堵用蜡制作成的墙，每个房孔的底部也都是尖孔的，这个底部由三个完全一样的菱形组成。这样的设计结构，一方面可以让这些蜂窝同时具备高强度和低重叠的性能；另一方面还能起到隔音和隔热的作用。基于此，该石墨烯材料的内部模仿蜂巢结构，不仅可以改变过去那种易被腐蚀、密度较高的局面，还让反射进来的电磁波被反射出去或吸收，从而更加适用于超高性能的电磁屏蔽应用。除此之外，该团队还发现如果将银纳米线旋涂到石墨烯蜂窝孔的表面，两者还可以重新组合成一种复合膜，并且这种复合膜在实际应用中，电磁屏蔽效能大大提高，例如随着蜂窝状石墨烯屏蔽材料层数增多，其复合膜的屏蔽性能也从之前的80dB变成了110dB。因此，石墨烯基电磁屏蔽材料得到了越来越多的创新发展与应用^【4】。

4. 石墨烯电磁屏蔽材料

众所周知，电磁屏蔽是减少电磁污染的重要手段，而目前各大高校、研究研所、企业都在进行电磁屏蔽材料的研发，电磁屏蔽材料也在朝着薄、轻、精密的方向发展，而复合材料也逐渐取代单一材料成为各大研究中心研究的主要方向。但而衡量电磁屏蔽性能的主要指标就是电磁屏蔽性能，一般用是SE表示，通过测试屏蔽前后的电场强度或磁场强度，来计算屏蔽性能。因此，石墨烯电磁屏蔽材料想在其中脱颖而出，不仅要充分利用石墨烯的物理特性，因为石墨烯有着独特的物理属性，是一-种稳定的材料,有着良好的机械拉伸性与电子属性，从而使得其在很多传感领域有应用，同时由于每个原子与感应环境相接触且石墨烯的电学属性可以通过这种接触而改变，因此基于石墨烯的电磁屏蔽财力材料在传感器领域有极大的前景；而且还要确保电磁屏蔽材料具有很强的导电性和强磁性，确保电流可以分散于整个片层之中

^【5】。

3. 结束语

综上所述，随着社会经济的不断发展，电子产品也朝着多元化的方向发展，从而导致电磁辐射也在不断地增加。大量的电磁辐射不仅会干扰各种电子仪器设备的正常使用，还会危害人们的身体健康，甚至会导致国家机密的泄露。为此，人们提出了一种以石墨烯为主体的电磁屏蔽材料，但基于石墨烯的电磁屏蔽材料还处于研究阶段，为了使石墨烯基电磁屏蔽材料广泛应用于生活之中，相关工作人员还应该积极探索和开发其制备方法与应用技术，以实现大规模产量化。与此同时，如何做好石墨烯电磁屏蔽材料的创新发展也成为目前的关键性问题。

参考文献：

［1］钱伟, 何大平, 李宝文. 石墨烯基电磁屏蔽材料的研究进展[J]. 材料工程, 2020, 48(7):10.

［2］侯思雨 1 , 任芳 2 , 伏柏桥 2. 石墨烯基电磁屏蔽复合材料的研究进展[J]. 化工新型材料, 2021, 49(7):4.

［3］杨文栋, 刘元军. 石墨烯基复合吸波材料的最新研究进展[J]. 丝绸, 2021, 58(7):11.

［4］刘娜 1 , 方建华 2 , 刘朝辉 1 , 徐彬彬 1 , 陶睿 3. 微纳米材料在电磁屏蔽方面的应用研究进展[J]. 化工新型材料, 2021, 49(2):6.

［5］王信, 黄润青, 牛树章,等. 石墨烯基材料在高性能锂金属电池中的研究进展[J]. 新型炭材料, 2021, 36(4):18.