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Graphite Valley Industrial Group

超大尺寸、超寬帶強電磁屏蔽性能的柔性鐵磁石墨烯石英纖維織物的制備

發(fā)布時間：

2022-07-07

北京大學、北京石墨烯研究院劉忠范—研究團隊在柔性石墨烯石英纖維制備與應用方面取得了重要進展,。該團隊首次報道了利用卷對卷化學氣相沉積（CVD）技術批量制備大面積、輕質,、柔性、具有超寬帶強電磁屏蔽效能的鐵磁性石墨烯石英纖維織物（FGQF），相關成果以“Ultra-broadband strong electromagnetic interference shielding with ferromagnetic graphene quartz fabric”為題。 本工作利用卷對卷CVD批量生長系統(tǒng)首次制備了超大尺寸柔性鐵磁石墨烯石英纖維織物（FGQF）,。通過精確控制石墨烯的氮摻雜類型，實現(xiàn)了具有高電導率（3906 S·cm–1）和高磁響應（室溫下飽和磁化強度達0.14 emu·g–1）的鐵磁石墨烯層的制備（圖1a）,。同時,，F(xiàn)GQF織物特殊的編織結構在材料中引入了額外的電磁波多重反射和多通道吸收，進一步增強了材料的電磁屏蔽效能,。1 mm厚度的FGQF在超寬頻帶1-18 GHz下表現(xiàn)出107 dB的超強屏蔽效能，同時實現(xiàn)了高電磁干擾屏蔽效率和寬抗電磁干擾頻帶（圖1c）,。利用團隊自主研制的石墨烯卷對卷連續(xù)CVD生長系統(tǒng)（圖1b）,，實現(xiàn)了FGQF的規(guī)?；苽洌瑔闻沃苽涑叽绺哌_10×0.5 m2（圖1d）,，這為材料的實際應用提供了重要基礎,。 基于FGQF的高導電性、鐵磁性和特殊的編織結構,，當電磁波到達材料表面時,，其與石墨烯表面自由載流子發(fā)生相互作用，部分電磁波被反射,。通過優(yōu)化空氣-材料界面處的阻抗匹配,，剩余電磁波將進入FGQF內(nèi)部，與FGQF導電網(wǎng)絡匹配,，并在其編織結構中產(chǎn)生多重內(nèi)反射,。因此，具有高電導率和高磁響應的鐵磁石墨烯層可以實現(xiàn)對電磁波能量的有效吸收和衰減（圖2a）,。具體分析FGQF纖維布中的單根鐵磁石墨烯石英纖維（直徑約7 μm）的屏蔽機理,，電磁波在與相鄰纖維陣列發(fā)生多次內(nèi)部反射，而多層鐵磁石墨烯可對多次反射的電磁波進行高效吸收,，進一步衰減電磁波能量,，從而獲得高電磁屏蔽效能。

北京大學,、北京石墨烯研究院劉忠范—研究團隊在柔性石墨烯石英纖維制備與應用方面取得了重要進展,。該團隊首次報道了利用卷對卷化學氣相沉積（CVD）技術批量制備大面積、輕質,、柔性,、具有超寬帶強電磁屏蔽效能的鐵磁性石墨烯石英纖維織物（FGQF），相關成果以“Ultra-broadband strong electromagnetic interference shielding with ferromagnetic graphene quartz fabric”為題,。

本工作利用卷對卷CVD批量生長系統(tǒng)首次制備了超大尺寸柔性鐵磁石墨烯石英纖維織物（FGQF）,。通過精確控制石墨烯的氮摻雜類型，實現(xiàn)了具有高電導率（3906 S·cm–1）和高磁響應（室溫下飽和磁化強度達0.14 emu·g–1）的鐵磁石墨烯層的制備（圖1a）,。同時,，F(xiàn)GQF織物特殊的編織結構在材料中引入了額外的電磁波多重反射和多通道吸收，進一步增強了材料的電磁屏蔽效能,。1 mm厚度的FGQF在超寬頻帶1-18 GHz下表現(xiàn)出107 dB的超強屏蔽效能,，同時實現(xiàn)了高電磁干擾屏蔽效率和寬抗電磁干擾頻帶（圖1c）。利用團隊自主研制的石墨烯卷對卷連續(xù)CVD生長系統(tǒng)（圖1b）,，實現(xiàn)了FGQF的規(guī)?；苽洌瑔闻沃苽涑叽绺哌_10×0.5 m2（圖1d），這為材料的實際應用提供了重要基礎,。

基于FGQF的高導電性,、鐵磁性和特殊的編織結構，當電磁波到達材料表面時,，其與石墨烯表面自由載流子發(fā)生相互作用,，部分電磁波被反射。通過優(yōu)化空氣-材料界面處的阻抗匹配,，剩余電磁波將進入FGQF內(nèi)部,，與FGQF導電網(wǎng)絡匹配，并在其編織結構中產(chǎn)生多重內(nèi)反射,。因此,，具有高電導率和高磁響應的鐵磁石墨烯層可以實現(xiàn)對電磁波能量的有效吸收和衰減（圖2a）。具體分析FGQF纖維布中的單根鐵磁石墨烯石英纖維（直徑約7 μm）的屏蔽機理,，電磁波在與相鄰纖維陣列發(fā)生多次內(nèi)部反射,，而多層鐵磁石墨烯可對多次反射的電磁波進行高效吸收，進一步衰減電磁波能量,，從而獲得高電磁屏蔽效能,。