北航于荣海/刘晓芳团队: 柔性透明的电磁干扰屏蔽“绿色电子”薄膜

学术   2024-12-31 11:15   英国  

研究背景

具有透明/半透明性和柔性的 EMI 屏蔽薄膜在智能视觉窗、特定颜色显示器和皮肤传感器等下一代可穿戴设备中极具应用前景。
随着电子废弃物对环境污染的日益加剧,市场对“绿色”电子产品的需求不断增加。可生物降解资源是柔性透明电磁干扰 (EMI) 屏蔽膜的理想基底材料。
然而,目前的“绿色”膜仍面临着难以有效结合机械、光学和屏蔽性能的问题,主要是由于薄膜内/层间界面结合弱、导电成份之间接触电阻高。

文章简介

近日,北京航空航天大学于荣海教授刘晓芳教授带领研究团队提出了一种顺序增强策略,通过增强多层膜的层内和层间结合力,制备出具备理想多功能性能的 EMI 屏蔽膜。该多层膜 (CN/MAM/CN) 由纤维素纤维/纳米粘土 (CN) 绿色基底和 MXene/Ag 纳米线 (MAM) 导电层组成。首先,研究者开发了有效的策略,克服了 CN 层内结合力弱以及 CN 与 MAM 层之间结合力弱的问题。具体而言,CN 层采用“砖瓦结构”进行增强,通过用阳离子填充作为增强剂;同时,利用 MXene 作为桥梁加强 CN/MAM 界面的相互作用,形成氢键。与类似薄膜相比,这些策略使薄膜的强度提高了三倍以上。而且,研究者在 MXene/AgNW 复合层的设计上做出了创新,以减少层内接触电阻,同时保持透明性。利用 Ti₃C₂Tx MXene 薄片的可焊性产生强烈的毛细管压缩,构建了具有超低接触电阻的 MXene/AgNWs/MXene 三明治导电层,其导电性远高于传统叶脉状 MA 层。
  • Schematic illustration of preparation of CN/MAM/CN film and the intra/inter-layer enhancement mechanisms.
得益于优化的多尺度界面,该 CN/MAM/CN 复合屏蔽薄膜同时具有柔韧性、高强度(>330 MPa)、透明性(透射率 >50%)和高 EMI 屏蔽性能(屏蔽效率 ~40 dB,X 波段)。此外,CN 层具有良好的气体阻隔能力,可以防止 Ag 和 MXene 的氧化,确保薄膜在恶劣环境(湿度、温度波动)中的性能稳定,并赋予薄膜阻燃性和实现表面绝缘抗电击穿 (72 kV mm⁻¹),提高实际应用安全性。这些结果表明其在绿色电子产品中具有潜在的应用前景,并且这种层内/层间设计策略也为制备更多多功能薄膜提供了启示。
该成果以“Sequential Reinforcement of Intra/Interlayer Interfaces to Design Flexible, Transparent Electromagnetic Interference Shielding Film for Green Electronics” (《通过顺序强化层内/层间界面,设计制备用于“绿色电子”的柔性、透明电磁干扰屏蔽薄膜》) 为题,发表在英国皇家化学会期刊 Journal of Materials Chemistry A 上,并入选为 hot article

论文信息

  • Sequential Reinforcement of Intra/Interlayer Interfaces to Design Flexible, Transparent Electromagnetic Interference Shielding Film for “Green Electronics”

    Gao Deng, Xin Sun, Xufeng Li, Zhenyang Li, Haihan Zou, Peng Yi, Ming Fang, Chunyan Chen, Junzhe He, Jianglan Shui, Ronghai Yu* and Xiaofang Liu*于荣海,刘晓芳,北京航空航天大学)

    J. Mater. Chem. A, 2024, 12, 26612-26626
    https://doi.org/10.1039/D4TA04412F

作者简介

邓杲 博士研究生
北京航空航天大学
本文第一作者,于荣海教授团队博士生,北京航空航天大学材料科学与工程学院。主要研究方向为耐高温电磁屏蔽与吸波材料的制备与电磁性能研究。






于荣海 教授
北京航空航天大学

本文通讯作者,北京航空航天大学教授,博士生导师,2005 年获国家杰出青年科学基金。主要从事磁性功能材料和储氢材料等方向的研究。迄今,已在 Nature 子刊、 Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Angew. Chem. Int. Ed.,Acta Materialia 等期刊发表 SCI 论文两百余篇;授权国家发明专利二十余项,国际发明专利三项;主持国家自然科学基金重点项目、科技部国际合作重点项目、科技部重点研发计划课题、863、973 项目等 30 余项。







刘晓芳 教授
北京航空航天大学

本文通讯作者,北京航空航天大学教授、博士生导师,入选国家级青年人才项目。主要从事电磁功能材料和储氢材料研究。迄今,以通讯作者在 Nat. Commun., Matter, Adv. Mater.,  Adv. Funct. Mater., Angew. Chem. Int. Edit., ACS Nano 等期刊发表 SCI 论文近百篇;授权国家发明专利十余项;主持国家/省部级课题二十余项;担任《Infomat》、《Nano-micro Letters》、《Rare Metals》等期刊青年编委。

期刊介绍

Materials with applications in energy & sustainability

rsc.li/materials-a

J. Mater. Chem. A

2-年影响因子*10.7
5-年影响因子*10.8
JCR 分区*Q1能源与燃料
Q1化学-物化
Q1材料-多学科
CiteScore 分19.5
中位一审周期30 


Journal of Materials Chemistry A和 报道材料化学各领域的高质量理论或实验研究工作。这三本期刊发表的论文侧重于报道对材料及其性质的新理解、材料的新应用以及材料合成的新方法。Journal of Materials Chemistry A和 的区别在于所报道材料的不同预期用途。粗略的划分是,Journal of Materials Chemistry A 报道材料在能源和可持续性方面的应用,Journal of Materials Chemistry B 报道材料在生物学和医学方面的应用,Journal of Materials Chemistry C 报道材料在光学、磁学和电子设备方面的应用。

Editor-in-Chief
  • Anders Hagfeldt
    🇸🇪 乌普萨拉大学

Scientific editors
  • Sofia Calero
    🇳🇱 埃因霍芬理工大学

  • Serena Cussen
    🇮🇪 都柏林大学学院

  • Frank Osterloh
    🇺🇸 加州大学戴维斯分校

  • Xiaowei Zhan (占肖卫)
    🇨🇳 北京大学

Associate editors

  • Veronica Augustyn
    🇺🇸 北卡罗来纳州立大学

  • Viola Birss
    🇨🇦 卡尔加里大学

  • Ghim Wei Ho (何锦韦)
    🇸🇬 新加坡国立大学

  • Yun Jeong Hwang
    🇰🇷 首尔国立大学

  • Kisuk Kang
    🇰🇷 首尔国立大学

  • Subrata Kundu
    🇮🇳 中央电化学研究所(CSIR-CECRI)

  • Dan Li (李丹)
    🇨🇳 暨南大学

  • Yi-Chun Lu (卢怡君)
    🇨🇳🇭🇰 香港中文大学

  • Jennifer Rupp
    🇩🇪 慕尼黑工业大学

  • Miriam Unterlass
    🇩🇪 康斯坦茨大学

  • Lydia Helena Wong
    🇸🇬 南洋理工大学

  • Li-Zhu Wu (吴骊珠)
    🇨🇳 中科院理化所

  • Yusuke Yamauchi
    🇦🇺 昆士兰大学

  • Zhen Zhou (周震)
    🇨🇳 南开大学

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)
 CiteScore 2023 by Elsevier
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