陈根：蜂窝状石墨烯材料，性能更强、价格更低

文/陈根

随着物联网、自动驾驶、可穿戴设备的发展，电路集成越来越复杂。无论是汽车高性能的音响系统，还是体积越来越小的5G通信设备，要保证这些电子产品正常运行，电磁干扰屏蔽至关重要。

在电子设备工作时，既不希望被外界电磁波干扰，又不希望自身辐射出电磁波干扰外界设备及危害人体健康，所以需要阻断电磁波的传播路径。这就要求其自身产生的电磁波被吸收，而外界入射的电磁波被反射或吸收。

传统金属比如铜和铝等，是常用的电磁屏蔽材料，但它们容易被腐蚀且密度较高。此外，它们以反射电磁波为主，往往容易造成二次污染。因此在便携式可穿戴设备和航空航天材料中，具备优异力学性能和超低密度的电磁屏蔽材一直是刚需。

基于此，科学家们使用石墨烯、MXenes（过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物）和金属纳米线，研发出具有超低密度、超高电磁屏蔽性能和优异力学性能的复合物。

该石墨烯复合物能使入射的电磁波被多次反射和吸收，适合用于超高性能的电磁屏蔽应用。该材料内部模仿蜂巢结构，能有效降低材料密度并增强电磁屏蔽性能。通常情况下，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。

蜂窝结构的好处还在于，材料在面对弯曲、拉伸、扭转等时，蜂窝结构可使得应力分散，从而避免应力集中导致材料疲劳损伤的情况发生。因此，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。

另外，蜂窝状多孔石墨烯材料厚度更大，电磁屏蔽性能更好。单片48.3μm 的蜂窝状多孔石墨烯材料，在10 GHz时的电磁屏蔽性能大约是40dB，此时它能屏蔽 99.99% 的入射电磁波；当把该材料堆叠到 6 层后，电磁屏蔽性能可达 80 dB，并能衰减 99.999999% 的入射电磁波。

值得一提的是，该材料成本较低。蜂窝状多孔石墨烯材料的原材料为商用聚酰亚胺，尺寸为 50 cm*100 cm 的商用聚酰亚胺薄膜的价格约为100元人民币。而市面上由化学气相沉积法（CVD）生长的铜基底多层石墨烯尺寸 5 cm*5 cm 的价格约为2000元。

并且，与石墨烯的CVD生长技术相比，该技术工艺简单、条件温和可控，制造过程效率高，很适合大规模制备。

目前，科学家们正在积极提高技术壁垒，希望可以使用该材料打造出特色产品。未来，经过进一步的研发，希望其可以能够带给人们新的惊喜。