清华大学：蜂窝启发石墨烯基超高性能电磁干扰屏蔽和可穿戴应用

【科研摘要】

具有超低密度，出色的柔韧性和良好的机械性能的高性能电磁干扰（EMI）屏蔽材料是航空航天和可穿戴电子产品的高度期望。最近，清华大学任天令教授/张盛副教授/杨轶副教授研究团队报道了通过激光划片技术制造的蜂窝状多孔石墨烯（HPG）用于EMI屏蔽和可穿戴应用。由于采用蜂窝状结构，因此HPG在48.3μm的厚度下具有高达45 dB的EMI屏蔽效果（SE）。单件式HPG表现出240123 dB cm2/g的超高绝对屏蔽效率（SSE/t），0.0388 g/cm3的超低密度，明显优于报道的材料，例如碳基，MXene和金属材料。

此外，采用MXene和AgNWs覆盖HPG的蜂窝孔以增强表面反射。因此，HPG/AgNWs复合膜的SSE/t可以达到292754 dB cm2/g。更重要的是，HPG在循环拉伸和弯曲过程中表现出出色的机械稳定性和耐用性，可用于监测人体的微弱生理信号，例如脉搏，呼吸和喉部运动。因此，轻巧而灵活的HPG不仅具有出色的EMI屏蔽性能和机械性能，而且成本低廉且易于批量生产，这在EMI屏蔽和可穿戴电子产品的实际应用中很有希望。相关论文以题为Multifunctional Graphene Microstructures Inspired by Honeycomb for Ultrahigh Performance Electromagnetic Interference Shielding and Wearable Applications发表在《ACS Nano》上。

【主图导读】

图1.蜂窝状多孔石墨烯的制备和模拟。（a）HPG的制备示意图。（b）HPG定制的绣花花样。（c）面积为8厘米×8厘米的柔性HPG的照片。（d）HPG表面形态的扫描电子显微镜（SEM）图像。（e）不同激光功率下聚酰亚胺的最高温度，碳化深度和半径的COMSOL模拟结果。（f–h）COMSOL模拟分别在1、1.2和1.5 W的激光功率下聚酰亚胺中的温度分布。

图2. HPG和MXene的特性。

图3. HPG的EMI屏蔽性能。

图4.带有AgNW的HPG的EMI屏蔽性能。

图5. HPG的机械性能及其在监测人体微弱生理信号中的应用。

参考文献：
doi.org/10.1021/acsnano.1c01552

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