随着无线通信和大功率电子设备的快速发展，电磁污染问题日益严重，对高性能电磁干扰屏蔽材料的需求持续增长。传统金属材料和高密度导电膜虽然具备优异的导电性和屏蔽能力，但在航空航天、电动汽车等特定应用场景中面临诸多局限。这些领域要求材料不仅具备强电磁屏蔽能力，还需满足低密度、隔热、阻燃等多功能特性，以确保轻量化设计和使用者安全。然而，传统金属材料密度高、隔热性能差、易氧化，难以同时满足这些要求。三维泡沫材料因其多孔结构可降低密度，并通过多重反射和吸收增强电磁波耗散能力，成为有前景的候选材料。但现有制备方法主要依赖超临界干燥或冷冻干燥，需要专业设备和严苛条件，制造成本高，限制了大尺寸泡沫的生产。近年来发展的常压干燥策略虽可简化工艺，但所得泡沫孔结构无序，导致电子导电性和机械强度不足，限制了实际应用。因此，如何在保证孔隙率的同时提升结构韧性与导电性，实现大尺寸泡沫的可控制备，仍是该领域亟待解决的关键挑战。
在这项研究中，研究人员提出了一种制备大尺寸石墨烯基泡沫（Cu-GC）的简便方法，通过发泡、铜离子扩散诱导凝胶化和常压干燥相结合的工艺，实现了高效、可控且可规模化生产的多功能泡沫材料。该研究选用十二烷基硫酸钠作为发泡剂精确调控孔壁结构，利用羧甲基纤维素与铜离子构建化学交联网络，在-20°C冷冻处理后经室温干燥成型。所制备的Cu-GC泡沫具有弧形孔壁和高度有序的导电骨架，密度仅为56.4 mg/cm³，结构强度达8.7 MPa，电导率达212 S/m。在电磁屏蔽性能方面，2毫米厚的Cu-GC泡沫在X波段（8.2-12.4 GHz）实现了82.1 dB的屏蔽效能，比屏蔽效能高达7776.8 dB·cm²·g⁻¹，优于大多数已报道的碳基泡沫材料。有限元模拟进一步验证了弧形孔壁结构对电磁波的有效衰减作用。此外，高电导率与多孔结构赋予其高效的电热转换能力，在低电压下即可实现快速升温；同时，0.12 W·m⁻¹·K⁻¹的低导热系数和54.9%的极限氧指数表明其具备优异的隔热与阻燃性能。该方法避免了复杂昂贵的干燥设备，可定制形状并实现大面积制备（25 cm × 25 cm），内部结构均匀性良好，为电磁屏蔽材料的工业化应用提供了可行路径。
该研究成功开发了一种结合离子交联与常压干燥的可扩展策略，用于制备轻质坚固的石墨烯基三维泡沫材料。通过系统调节十二烷基硫酸钠含量和组分比例，实现了弧形孔壁和高导电骨架的精确调控。优化后的Cu-GC2泡沫在56.4 mg/cm³的低密度下，展现出212 S/m的电导率和8.7 MPa的抗压强度，综合性能达到平衡。其电磁屏蔽机制以反射损耗为主导，独特的多孔结构与连续导电网络协同作用，使材料在2毫米厚度下实现82.1 dB的屏蔽效能和7776.8 dB·cm²·g⁻¹的比屏蔽效能，性能指标处于领先水平。该泡沫在-50至150°C温度范围内保持稳定的屏蔽效能，并表现出可逆的电热转换特性、优良的隔热性能（垂直方向导热系数0.12 W·m⁻¹·K⁻¹）和V-0级阻燃等级。即使在极端环境下长期暴露，其密度、电导率、屏蔽效能和机械性能仍保持稳定。该工作不仅揭示了孔壁结构对多功能性能的调控规律，更为航空航天、电子工业等领域大规模生产先进电磁屏蔽材料提供了实用化解决方案，具有重要的应用前景。
Robust and Highly Conductive Graphene-Based Foams for Efficient Thermal Insulation, Flame Retardancy and Electromagnetic Interference Shielding
https://doi.org/10.1002/adfm.202530518
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