成果简介
高效电磁屏蔽材料的研发对于航空航天到柔性电子学等领域的应用至关重要，这类材料需具备柔性、轻量化和可压缩性。然而，导电聚合物复合材料中导电填料引起的电磁干扰屏蔽效能（EMI SE）与力学性能之间的权衡问题，至今仍面临重大挑战。本文，中国科学院宁波材料技术与工程研究所陈海明 副研究员、阎敬灵 研究员等在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Hierarchically porous polyimide/graphene aerogels with superior compressibility and electromagnetic interference shielding performance”的论文，研究提出采用双模板策略（冰模板法与牺牲模板法）在冻干过程中制备了具有分级开放孔结构的聚酰亚胺/石墨烯气凝胶，其中柔性且机械性能优异的聚酰亚胺作为基体，石墨烯作为导电填料。因此，刚性石墨烯和牺牲球体之间的相似尺寸产生了广泛的开孔。
所得气凝胶的孔隙率为96.2%，电导率为1.85 S m−1，密度为0.05 g cm−3。此外，其独特的分级开放孔结构赋予了48.3 dB的电磁干扰屏蔽效率（EMI SE）和1932 dB cm2 g−1的比EMI SE，这可能归因于增强的内部多次反射。值得注意的是，该气凝胶展现出卓越的柔韧性，可承受循环变形，在30%应变下压缩强度达108.8 kPa，同时保持低模量41.3 kPa。其优异的冲击吸收与能量耗散能力进一步体现在从高处坠落时保护鹌鹑蛋免受损坏，凸显其在柔性电子学与智能制造领域的巨大应用潜力。
图文导读
图1、聚酰亚胺/石墨烯气凝胶的制备流程。
图2、聚酰亚胺/石墨烯气凝胶的形貌。
图3、 EMI 屏蔽性能
图4、气凝胶的压缩性能。
小结
综上所述，通过将水溶性PAAS、石墨烯和PMMA微球混合，随后进行热处理实现酰亚胺化及PMMA分解，制备了具有二级开放孔结构的聚酰亚胺/石墨烯气凝胶。随机分布的开放孔结构与微通道共同构成了聚酰亚胺/石墨烯气凝胶的分级多孔结构。这种独特结构显著提升了气凝胶的内部反射效率，从而提高了其电磁干扰屏蔽效能（EMI SE）。具体而言，P1G2M6的EMI屏蔽效率为48.3 dB（X波段），比无二次开放孔的P1G2M0高出103.8%。此外，聚酰亚胺基体确保了气凝胶的机械强度，在石墨烯含量为66.7%和孔隙率为96.2%时，展现出优异的抗压性能。本研究中开发的空气凝胶在航空航天和电子工业领域展现出显著的应用潜力。
文献:https://doi.org/10.1039/D5TA02068A
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