电磁污染已成为5G通信等新兴技术领域日益关注的问题，因此开发轻质高效的电磁干扰（EMI）屏蔽材料具有重要意义。本文，黑龙江科技大学魏冰、Fan Feng等在《ACS Applied Nano Materials》期刊发表名为”Tailoring Nitrogen Configurations in Porous N-Doped Graphene Films for Electromagnetic Interference Shielding Performance”的论文，研究提出了一种混合涂覆结合热处理策略，用于制备三维多孔氮掺杂石墨烯（NG）薄膜，以满足高性能轻质EMI屏蔽的需求。
通过以氧化石墨烯（GO）和尿素为前驱体，采用混合涂覆工艺结合热处理方法，成功制备了三维多孔氮掺杂石墨烯薄膜。通过调节尿素含量，优化了吡啶氮、吡咯氮和石墨态氮的相对分布比例，同时利用氮源和GO热解过程中释放的气体形成了轻质多孔结构。当GO/尿素质量比为1:0.15（NG15）时，样品在8.2–12.4 GHz频段展现出最优的EMI屏蔽性能，平均总屏蔽效能（SE_T）高达93.2 dB，绝对屏蔽效能（SS_E）达14562.5 dB·cm²·g⁻¹，电导率达3185.63 S cm⁻¹。该优异性能主要归因于石墨态氮主导的掺杂效应与多孔结构的协同作用：氮掺杂提高了电导率和缺陷密度，从而增强了传导损耗和极化损耗；三维多孔结构则促进了电磁波的多重反射和散射，进一步提升了电磁波耗散能力。该研究为高性能轻质EMI屏蔽材料的结构设计提供了重要启示。
图1. Schematic diagram of the preparation of the NG films.
综上所述，通过一种简便的混合涂覆结合热处理策略，合成了三维多孔氮掺杂石墨烯薄膜，其氮构型与多孔结构均经过精心调控。以GO和尿素为前驱体，通过调节尿素含量实现了吡啶氮、吡咯氮和石墨态氮比例的优化，同时利用热解产气过程构建了轻质多孔结构。这种独特的结构设计实现了传导损耗与极化损耗的协同增强，同时三维多孔架构有效促进了电磁波的多重反射与散射，从而实现了优异的EMI屏蔽性能。NG15样品展现出超高的总屏蔽效能（93.2 dB）、极高的绝对屏蔽效能（14562.5 dB·cm²·g⁻¹）以及出色的电导率（3185.63 S cm⁻¹），综合性能优于大多数已报道的氮掺杂石墨烯基EMI屏蔽材料。本研究揭示了石墨态氮主导的掺杂效应与多孔结构之间的协同机制，为设计高性能、轻质EMI屏蔽材料提供了新思路，在5G通信、航空航天等先进电子领域具有广阔的应用前景。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.6c02189
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