易合成的超轻银/还原氧化石墨烯(rGO)涂层碳化三聚氰胺泡沫，具有高电磁干扰屏蔽效果和高吸收系数

使电磁干扰屏蔽泡沫材料具有超低密度和动态稳定的结构是一项关键而又具有挑战性的工作。近日，中国科学院深圳先进技术院孙蓉等相关研究人员提出了一种简单的一步热处理策略，以制备轻质银/还原氧化石墨烯涂层碳化三聚氰胺(CMF/rGO/Ag)复合泡沫材料，该复合材料具有卓越的机械性能和优异的EMI屏蔽效果(EMI SE)。

5G通信和智能手机的兴起加剧了电磁干扰问题。严重的电磁干扰会导致数据丢失，系统故障，甚至危害人体健康。研发具有超低密度和良好机械柔性的高性能电磁干扰屏蔽材料是抑制有害电磁波污染或辐射的有效途径。

对于传统金属材料来说，提高导电性一直是实现高性能屏蔽材料的首要策略。此外，石墨烯、碳纳米管、MXene 等新型纳米材料也被报道具有较高的EMI屏蔽性能。由于纳米材料的高度灵活的制造工艺，这些材料被加工成泡沫或薄膜形式用于 EMI 屏蔽。与纳米材料的泡沫形式相比，致密的薄膜表现出更高的导电性。高电导率可以通过强烈反射入射电磁波来直接产生高 EMI SE。例如，高导电金属的电磁波反射系数通常超过90%，这意味着90%的入射电磁波会被反射到自由空间。反射的电磁波也会造成严重的二次电磁辐射污染。获得低电磁波反射系数的高性能EMI屏蔽材料仍然是一个挑战。

泡沫型屏蔽材料由多孔结构组成，由于其重量轻 、良好的机械可压缩性 和可调节的 EMI 屏蔽性能 ，在取代传统刚性金属屏蔽材料方面具有巨大潜力。特别是多孔结构使泡沫型屏蔽材料对入射电磁波具有明显的多次反射，从而使泡沫能够吸收和衰减电磁波。有报道称，多孔结构将增强MXene对电磁波的吸收。与固体材料相比，多孔结构具有更好的电磁波阻抗匹配能力，能够使入射电磁波进入屏蔽泡沫的内部结构。因此，具有低反射系数和高吸收系数的 EMI 屏蔽材料应具有良好的阻抗匹配（低反射）和高多重反射。例如，已制备了分层结构，多层结构和各向同性结构，具有较高的EMI SE和吸收系数。一般来说，复杂的结构和多部件往往涉及多步加工，机械灵活性差。

在多孔框架上涂覆金属颗粒/层是制备导电泡沫塑料的常用方法。然而，由于不同构件之间的界面较弱，特别是刚性金属与柔性骨架之间的界面，金属包覆泡沫材料的机械灵活性一直较差。到目前为止，科学家们已经提出了各种各样的方法来提高金属与异质基底之间界面的稳定性。采用物理喷涂法制备了镀银聚酰亚胺泡沫塑料，其密度为23 kg m⁻³。采用化学沉积的方法制备了镀银三聚氰胺泡沫。制备的镀银三聚氰胺杂化泡沫具有90 dB的EMI高SE，银含量为63.5 wt%。此外，还提出了铜/镍包覆聚甲基丙烯酰亚胺杂化泡沫和金纳米粒子包覆聚合物基纳米纤维的电磁干扰屏蔽化学镀方法。然而，由于刚性金属与柔性骨架之间固有的界面不匹配，电镀、化学镀和物理喷涂制备的金属泡沫型屏蔽材料力学性能较差。增强金属颗粒与柔性泡沫骨架的连接，实现具有优异力学性能的金属泡沫型屏蔽材料仍然充满挑战。

在该研究中，作者提出了一种简单的一步热处理策略，以制备轻质银/还原氧化石墨烯涂层碳化三聚氰胺(CMF/rGO/Ag)复合泡沫材料，该复合材料具有卓越的机械性能和优异的EMI屏蔽效果(EMI SE)。由于复合材料骨架与银之间的界面增强，CMF/rGO/Ag 泡沫在 1000 次加载-卸载压缩测试循环后表现出出色的结构稳定性。此外，泡沫的 EMI SE 在仅 16 mg cm2 g-1 的密度和 0.09 vol% 的超低 Ag 含量下就达到了 50.6 dB。有趣的是，多孔骨架和多个界面的协作导致 CMF/rGO/Ag 泡沫的异常高吸收系数（超过 0.5）。通过有限元分析 (FEA) 进一步研究了 CMF/rGO/Ag 泡沫的高吸收系数屏蔽机制。CMF/rGO/Ag泡沫出色的近场EMI屏蔽性能表明，低密度、坚固的CMF/rGO/Ag泡沫作为电子封装的EMI屏蔽材料具有巨大的优势和广泛的应用前景。

图1. CMF/rGO/Ag 复合泡沫的制备示意图及概述

文献信息：

Facile synthesis of ultra-lightweight silver/reduced graphene oxide (rGO) coated carbonized-melamine foams with high electromagnetic interference shielding effectiveness and high absorption coefficient

Carbon

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.09.068