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摘要
清华大学伍晖教授课题组和北京邮电大学毕科教授、黄凯副教授课题组，针对高性能电磁屏蔽材料在高效率生产方面的技术短板，共同提出了一种轻质碳纤维基电磁屏蔽材料的卷对卷连续生产模式，该模式与流水线生产装配高度兼容，为电磁防护领域关键材料的进一步设计与改进提供了广阔的发展潜力。
关于文章
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在如今充斥着各种电磁频率的现代居住和工作环境中，高效电磁干扰（EMI）屏蔽材料的重要性日益凸显，它们如同守护者和防护盾，保护着精密仪器设备和人体健康免受电磁污染的侵害。随着科技的飞速发展，预计到2035年，全球对EMI屏蔽材料的需求将飙升至160亿美元，这一市场的蓬勃发展为高性能屏蔽材料的研发提供了广阔的舞台。在众多材料中，碳基电磁干扰屏蔽材料因其低密度、高导电性、高导热性和经济可行性等优点而备受瞩目。它们不仅在军事防御应用中表现突出，更在先进电子设备的保护中扮演着至关重要的角色。科学家们不断探索，力求提高这些材料的总屏蔽效能SET，以更好地应对日益复杂的电磁环境。
传统上，提升碳基材料的石墨化程度是提高其导电性的关键。然而，如今的研究已经迈向了新的高度。通过原位生长或组装复合磁性纳米粒子，构建磁电耦合结构，成为增强SET的一种创新模式。尽管挑战依然存在，尤其是针对厚度小于0.5 mm的超薄碳基复合EMI屏蔽材料，如何在提升屏蔽效能SET的同时，解决磁电耦合结构大规模合成的难题，仍是必须直面的重大挑战。此时，焦耳热处理技术犹如一线曙光，为该领域的探索与研究带来了新的希望与潜在机遇。该技术能够促进磁性颗粒在碳基基底表面的生长，提高导电基底上纳米结构的表面结合强度和热稳定性，将这一技术与快速连续加工方法相结合，有望为碳基高性能EMI屏蔽材料的大规模生产开辟一条新路径，同时能确保材料在大规模生产中的一致性和质量。
在这项研究中，清华大学伍晖教授课题组和北京邮电大学毕科教授、黄凯副教授课题组，共同设计了焦耳热处理碳/磁耦合策略，成功地将磁性颗粒锚定在碳纤维骨架上，实现了EMI功能应用。以Fe3O4/FePc@CFF材料为例，其在X波段和Ku波段的EMI SET分别达到了65.5 dB和78.3 dB，这一显著的提升得益于传导损耗、极化损耗和磁滞损耗等多种损耗模式的协同作用。更令人振奋的是，通过与R2R技术相结合，该研究成功实现了米级复合电磁屏蔽材料的高效率生产与加工。使用这种方法制备的Fe3O4/FePc@CFF材料具有64.76 g/m²的低面密度，并在X波段和Ku波段的比屏蔽效能（SSE/t）分别达到了9604 dB cm²/g和10947 dB cm²/g。
总的说来，这项研究展示了如何通过新技术显著提升电磁屏蔽材料的性能，不仅推动了电磁屏蔽材料生产技术的进步，也为未来的大规模生产和广泛应用提供了新的范例，让我们看到了电磁防护领域未来的无限可能。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，我们有理由相信，这些电磁屏蔽材料将在未来的电磁防护领域书写更加辉煌的篇章。
文章信息
Roll-to-roll joule-heating to construct ferromagnetic carbon fiber felt for superior electromagnetic interference shielding
Yufeng Wu, Qingsong Li, Yunzhi Li, Chang Li, Yiqian Zhou, Peng Du, Wanting Cao, Xian He, Zian Liu, Jianchun Xu, Kai Huang*, Ming Lei, Ke Bi*, Hui Wu*
Carbon
DOI:10.1016/j.carbon.2024.119474
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