高頻高速5G通信技術(shù)和高集成度、輕薄智能電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，極大地方便了人們的生產(chǎn)生活，同時(shí)也突顯出電磁干擾的嚴(yán)重性。電磁干擾會(huì)造成信號(hào)攔截、數(shù)據(jù)丟失等負(fù)面效應(yīng)，嚴(yán)重影響電子電氣設(shè)備的性能及其正常運(yùn)行。發(fā)展新型電磁屏蔽材料是解決電磁污染的關(guān)鍵技術(shù)，特別是超薄、輕質(zhì)且具有優(yōu)異力學(xué)強(qiáng)度的高性能電磁屏蔽材料。碳納米管具有極高的導(dǎo)電和力學(xué)性能，在電磁屏蔽領(lǐng)域具有廣泛的潛在應(yīng)用前景。然而，當(dāng)碳納米管組裝成宏觀屏蔽體時(shí)（如碳納米管膜），其導(dǎo)電性能與力學(xué)強(qiáng)度不足單根碳納米管的十分之一，這主要是由于碳納米管組裝體中管與管之間弱的相互作用力和高的接觸電阻所導(dǎo)致。如何有效增強(qiáng)碳納米管之間的相互作用，提高碳納米管薄膜的力學(xué)、導(dǎo)電與屏蔽性能具有重要意義。
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院孫蓉研究團(tuán)隊(duì)在國際納米材料領(lǐng)域權(quán)威期刊ACS Nano上發(fā)表了最新研究成果“Ultrathin Densified Carbon Nanotube Film with “Metal-like” Conductivity, Superior Mechanical Strength, and Ultrahigh Electromagnetic Interference Shielding Effectiveness”。作者首先采用高溫退火和酸處理工藝，去除碳納米管薄膜的雜質(zhì)，再經(jīng)過氯磺酸處理，使碳納米管表面產(chǎn)生正負(fù)電荷分離，從而極大地增強(qiáng)管與管之間的相互作用力，制備了具有致密化結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜，如圖1所示。該致密碳納米管薄膜表現(xiàn)出超高的屏蔽效能和優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度。厚度僅為1.85微米的碳納米管膜，屏蔽效能高達(dá)51 dB, 當(dāng)厚度增加到14.7微米時(shí)，屏蔽效能進(jìn)一步提升至101 dB。此外，由于管與管之間的極強(qiáng)的相互作用力，致密化碳納米管薄膜的拉伸強(qiáng)度高達(dá)822 MPa。更為重要的是，碳納米管薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的可靠性，在強(qiáng)酸/強(qiáng)堿以及高溫高濕環(huán)境下長達(dá)30天后，屏蔽性能不受影響，綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于報(bào)道的其他屏蔽材料。萬艷君博士為論文的第一作者兼通訊作者，朱朋莉研究員為論文的通訊作者。該研究工作為開發(fā)超薄輕質(zhì)超高性能屏蔽膜提供了新的方法。
此外，在前期工作中，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備了一系列高效、輕質(zhì)、柔性的電磁屏蔽材料，并對(duì)其電磁屏蔽機(jī)理進(jìn)行了較深入的探討。開展的工作包括輕質(zhì)、耐腐蝕的碳包覆銀納米線雜化海綿屏蔽材料(Wan YJ, et al, Small, 2018, 1800534)，具有高化學(xué)穩(wěn)定性的MXene屏蔽材料(Wan YJ, et al,?Chemical Engineering Journal, 2020, 127303)，MXene/Ag雜化復(fù)合材料(K. Raja, et al,?Chemical Engineering Journal, 2020, 125791)，石墨烯/纖維素氣凝膠（Wan YJ, et al,?Carbon, 2017; 115: 629-639)以及摻雜石墨烯屏蔽紙(Wan YJ, et al,?Carbon, 2017; 122: 74-81)等，為新型屏蔽材料的發(fā)展提供了有力的理論與技術(shù)支撐。
圖1?致密化碳納米管屏蔽膜的制備及其與電磁波相互作用示意圖
相關(guān)工作得到了中國博士后科學(xué)基金（2018M643254）、國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)（2016YFA0202702）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項(xiàng)目（2019A1515111034）、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院優(yōu)秀青年基金（Y8G028）等項(xiàng)目的資助。
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