图 | 蜂窝状多孔石墨烯材料（来源：受访者）
相关论文以《受蜂窝启发的多功能石墨烯微结构用于超高性能电磁干扰屏蔽与可穿戴应用》 （Multifunctional Graphene Microstructures Inspired by Honeycomb for Ultrahigh Performance Electromagnetic Interference Shielding and Wearable Applications） 为题发表在 ACS Nano 上。图 | 任天令（来源；受访者）
其中，任天令和该校杨轶副教授、以及清华大学深圳国际研究生院张盛副教授，为共同通讯作者。当前，对于自动驾驶、5G 电信传输、国防军工、航空航天、智能可穿戴设备等应用场景的稳定运行来说，电磁屏蔽扮演着 “扛把子” 角色。
而电子设备工作时，既不希望被外界电磁波干扰，又不希望自身辐射出电磁波干扰外界设备及危害人体健康，所以需要阻断电磁波的传播路径，因此自身产生的电磁波需要被吸收，而外界入射的电磁波需要被反射或吸收，这就使得不同屏蔽机制的电磁干扰屏蔽材料可用于不同的应用场景。
基于此，任天令等人使用石墨烯、MXenes（过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物）和金属纳米线，探索具备超低密度、超高电磁屏蔽性能和优异力学性能的复合物。
该石墨烯材料内部模仿蜂巢结构，由微孔结构和丰富的石墨烯边缘和界面组成，能使得入射电磁波被多次反射和吸收，适合用于超高性能电磁屏蔽应用。
据悉，通过激光功率密度调控，单片蜂窝状多孔石墨烯材料的厚度可达 25-50 μm，而一片厚度为 48.3 μm 的多孔石墨烯的 SSE 为 1160 dB/g，SSE/t 为 240123 dB/g，比常见的碳基、MXene、以及金属材料等高出许多倍，而密度仅有 0.0388 g/。
把银纳米线（AgNWs）旋涂到石墨烯蜂窝孔表面，蜂窝状多孔石墨烯材料和银纳米线便可组成一种复合膜，该团队发现在 X 波段，该复合膜的电磁屏蔽效能，可从蜂窝状多孔石墨烯材料的 41.2 dB 增加到 61 dB，随着蜂窝状多孔石墨烯材料层数的增加，复合膜的屏蔽效能也会增加到 110 dB。
图 | 复合膜的电磁屏蔽性能（来源：受访者）
通过测试证明银纳米线的加入可显著提高蜂窝状多孔石墨烯材料对于电磁波的反射能力。因为，加入银纳米线之后，蜂窝状多孔石墨烯材料的电导率提高至 2605.4 S/m，相比之下旋涂 MXene 后，电导率只有 398 S/m。扛得住 1000 次弯曲循环，电性能 “毫发未伤”
另据悉，将石墨烯做蜂窝状结构的好处在于，材料在面对弯曲、拉伸、扭转等时，蜂窝结构可使得应力分散，从而避免应力集中导致材料疲劳损伤的情况发生。因此，即便给蜂窝状多孔石墨烯材料做了 1000 次弯曲循环试验，其电性能也丝毫未损。任天令解释称，蜂窝结构有助于分散材料的应力，避免材料在受力过程中由于应力集中导致材料的疲劳断裂或损坏。此外，蜂窝结构带来了超高的电磁屏蔽性能。高密度缺陷和多界面的三维蜂窝状网络结构中含有丰富的石墨烯边缘和无序结构，因此，进入材料表面的电磁波会被蜂窝结构的石墨烯多次反射和吸收，最后以热能的形式耗散。与此同时，蜂窝结构大大降低了材料的密度，使得材料能以超低密度实现超高电磁屏蔽性能，从而实现轻量化的电磁屏蔽应用，如航空航天和可穿戴电子。
具体来说，蜂窝状多孔石墨烯材料具备出色的电磁屏蔽性能，并可通过激光功率密度进行调控：
当激光功率处于 80 mW/时，其电磁屏蔽性能可达 20 dB，并能衰减 99% 的电磁干扰，满足消费电子产品的要求完全不在话下；
当功率小于 80 mW/ 时，蜂窝状多孔石墨烯材料的电磁屏蔽，多以吸收为主；
当功率超过 80 mW/ 时，蜂窝状多孔石墨烯材料以反射屏蔽机制为主。
成本价便宜几倍，工艺简单适合大规模制备
而且与石墨烯的 CVD 生长技术相比，该技术工艺简单、条件温和可控，制造过程效率高，因此很适合大规模制备。不过任天令也坦言，不同技术制备的石墨烯各有优缺点和用处，不能简单地一概而论。
文章来源：DEEP深科技、石墨烯资讯
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