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Graphite Valley Industrial Group
超大尺寸、超寬帶強(qiáng)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(shí)間：
2022-07-07
北京大學(xué)、北京石墨烯研究院劉忠范—研究團(tuán)隊(duì)在柔性石墨烯石英纖維制備與應(yīng)用方面取得了重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了利用卷對(duì)卷化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)批量制備大面積、輕質(zhì)、柔性、具有超寬帶強(qiáng)電磁屏蔽效能的鐵磁性石墨烯石英纖維織物（FGQF），相關(guān)成果以“Ultra-broadband strong electromagnetic interference shielding with ferromagnetic graphene quartz fabric”為題。 本工作利用卷對(duì)卷CVD批量生長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)了具有高電導(dǎo)率（3906 S·cm–1）和高磁響應(yīng)（室溫下飽和磁化強(qiáng)度達(dá)0.14 emu·g–1）的鐵磁石墨烯層的制備（圖1a）。同時(shí)，F(xiàn)GQF織物特殊的編織結(jié)構(gòu)在材料中引入了額外的電磁波多重反射和多通道吸收，進(jìn)一步增強(qiáng)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(qiáng)屏蔽效能，同時(shí)實(shí)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(tuán)隊(duì)自主研制的石墨烯卷對(duì)卷連續(xù)CVD生長(zhǎng)系統(tǒng)（圖1b），實(shí)現(xiàn)了FGQF的規(guī)模化制備，單批次制備尺寸高達(dá)10×0.5 m2（圖1d），這為材料的實(shí)際應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。 基于FGQF的高導(dǎo)電性、鐵磁性和特殊的編織結(jié)構(gòu)，當(dāng)電磁波到達(dá)材料表面時(shí)，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(jìn)入FGQF內(nèi)部，與FGQF導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)匹配，并在其編織結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生多重內(nèi)反射。因此，具有高電導(dǎo)率和高磁響應(yīng)的鐵磁石墨烯層可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)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(duì)多次反射的電磁波進(jìn)行高效吸收，進(jìn)一步衰減電磁波能量，從而獲得高電磁屏蔽效能。
北京大學(xué)、北京石墨烯研究院劉忠范—研究團(tuán)隊(duì)在柔性石墨烯石英纖維制備與應(yīng)用方面取得了重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了利用卷對(duì)卷化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)批量制備大面積、輕質(zhì)、柔性、具有超寬帶強(qiáng)電磁屏蔽效能的鐵磁性石墨烯石英纖維織物（FGQF），相關(guān)成果以“Ultra-broadband strong electromagnetic interference shielding with ferromagnetic graphene quartz fabric”為題。
本工作利用卷對(duì)卷CVD批量生長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)了具有高電導(dǎo)率（3906 S·cm–1）和高磁響應(yīng)（室溫下飽和磁化強(qiáng)度達(dá)0.14 emu·g–1）的鐵磁石墨烯層的制備（圖1a）。同時(shí)，F(xiàn)GQF織物特殊的編織結(jié)構(gòu)在材料中引入了額外的電磁波多重反射和多通道吸收，進(jìn)一步增強(qiáng)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(qiáng)屏蔽效能，同時(shí)實(shí)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(tuán)隊(duì)自主研制的石墨烯卷對(duì)卷連續(xù)CVD生長(zhǎng)系統(tǒng)（圖1b），實(shí)現(xiàn)了FGQF的規(guī)模化制備，單批次制備尺寸高達(dá)10×0.5 m2（圖1d），這為材料的實(shí)際應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。
基于FGQF的高導(dǎo)電性、鐵磁性和特殊的編織結(jié)構(gòu)，當(dāng)電磁波到達(dá)材料表面時(shí)，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(jìn)入FGQF內(nèi)部，與FGQF導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)匹配，并在其編織結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生多重內(nèi)反射。因此，具有高電導(dǎo)率和高磁響應(yīng)的鐵磁石墨烯層可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)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(duì)多次反射的電磁波進(jìn)行高效吸收，進(jìn)一步衰減電磁波能量，從而獲得高電磁屏蔽效能。
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