成果简介
随着各种电子设备的快速发展，电磁波引发的电磁干扰（EMI）和电磁污染正成为一个严重的问题。开发低密度、高效率的电磁屏蔽材料具有重要意义。碳气凝胶材料因其显著的电磁干扰屏蔽性能和物理化学稳定性而受到全世界的关注。本文，重庆交通大学田松 等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Lightweight HfC nanowire-carbon fiber/graphene aerogel composites for high-efficiency electromagnetic interference shielding”的论文，研究将碳纤维（CF）、热解碳（PyC）和碳化铪纳米线（HfCnw）分别通过水热法、化学气相渗透（CVI）和催化化学气相沉积（CCVD）工艺引入到气凝胶中，制备了具有优异电磁屏蔽性能的轻质碳化铪纳米线（HfCnw）-碳纤维（CF）-石墨烯气凝胶（GA）复合材料。
研究发现，在 HfCnw 生长时间为 4 小时的情况下，HfCnw-CF/GA 复合材料的导电率达到 94.0 S/cm，远高于原始 GA 的 1.1 S/cm，以及 CF/GA 复合材料的 2.7 S/cm。HfCnw-CF/GA 复合材料在 X 波段的电磁干扰屏蔽效能（SE）高达 66.4 dB，是 GA 的 3 倍（25.4 dB）和 CF/GA 复合材料的 1.5 倍（45.8 dB）。HfCnw-CF/GA 复合材料的电磁干扰屏蔽性能之所以得到改善，主要是因为多重反射损耗、传导损耗和界面极化损耗得到了增强。此外，HfCnw-CF/GA 复合材料的比 SE（SSE）值为 364.1 dB cm3/g，在 EMI 领域具有良好的应用前景，可满足轻质高 SE 的需求。
图文导读
图1.HfCnw-CF/GA复合材料的制备过程示意图。
图2.GA、CF/GA和HfCnw-CF/GA的XRD图谱。
图3.从（a）GA，（b） CF/GA，（c）内部和（d）表面拍摄的SEM图像，（e）在具有PyC涂层的CF上生长的HfCnw团簇，以及（f）在带有PyC涂层的GA上生长的HfCnw团簇。
图4. 不同 HfCnw 生长时间下 HfCnw-CF/GA 复合材料的深度（a）、SET（b）、SEA（c）和 SER（d）。
图5. HfCnw-CF/GA 复合材料的电磁屏蔽机制示意图。
图6. 不同碳基 EMI 屏蔽材料的密度、最大SE和SSE比较
小结
通过水热法构建 CF/GA，通过 CVI 沉积 PyC 涂层，以及通过 CCVD 在 CF/GA 中原位生长 HfCnw，制备出了轻质 HfCnw-CF/GA 复合材料。HfCnw-CF/GA 是一种具有多个界面的发达导电多孔网络。研究发现，PyC 和 HfCnw 显著提高了材料的导电性和电磁屏蔽性能。当 HfCnw 的生长时间为 4 h 时，HfCnw-CF/GA 的导电率达到 94.0 S/cm，HfCnw-CF/GA 的 SET 达到 66.4 dB，HfCnw-CF/GA 的 SSE 达到 364.1 dB cm3/g。HfCnw-CF/GA的电磁干扰屏蔽机理以吸收为主，具有多重损耗，包括多孔结构引起的多重反射、导电网络中电子传输或跃迁引起的电导损耗以及HfCnw-CF/GA内部丰富的多重界面引起的界面极化损耗。这项研究表明，HfCnw-CF/GA 复合材料有望成为高性能电磁屏蔽材料，应用于电磁干扰领域的各种应用。
文献：
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.118788
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