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  隨著5G通訊時(shí)代的到來，無線通訊系統(tǒng)和高頻電子器件的快速發(fā)展，導(dǎo)致電磁輻射污染日益嚴(yán)重。發(fā)展高效電磁屏蔽材料是解決該問題的最主要的途徑。復(fù)合材料的電磁屏蔽性能與其導(dǎo)電率息息相關(guān)，而導(dǎo)電率取決于導(dǎo)電填料的種類和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。具有超高導(dǎo)電率和長徑比的銀納米線（AgNWs），更易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因此得到電磁屏蔽領(lǐng)域科研人員的青睞。目前，可以通過涂覆、噴涂、過濾等工藝在聚合物基材表面構(gòu)建AgNWs導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。為了降低AgNWs之間的接觸電阻，科研人員還開發(fā)了納米焊接，熱壓，燒結(jié)等方法。根據(jù)電磁屏蔽機(jī)理，除了導(dǎo)電率外，磁導(dǎo)率也是影響材料電磁屏蔽性能的關(guān)鍵因素。然而，如何同時(shí)提高AgNWs導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電率和磁導(dǎo)率仍為一個(gè)難題。

  近年來，聊城大學(xué)戰(zhàn)艷虎副教授團(tuán)隊(duì)與四川大學(xué)夏和生教授團(tuán)隊(duì)合作，在柔性聚合物基電磁屏蔽材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高效化和功能化等方面取得突破性進(jìn)展，已成功制備了具有磁性石墨烯隔離網(wǎng)絡(luò)的橡膠屏蔽材料（Chem. Eng. J., 2018, 344,184-193）、多孔結(jié)構(gòu)與CNT隔離網(wǎng)絡(luò)并存的橡膠屏蔽材料（Nanoscale, 2019, 11, 1011-1020）、各向異性橡膠屏蔽材料（Nanoscale, 2020, 12, 7782–7791）、隔熱型聚合物屏蔽材料（Chem. Eng. J., 2021, 417, 129339）等。近期，兩課題組再次合作，在國際知名期刊ACS Applied Materials & Interfaces上發(fā)表題名為“Superhydrophobic and Flexible Silver Nanowire-Coated Cellulose Filter Papers with Sputter-Deposited Nickel Nanoparticles for Ultrahigh Electromagnetic Interference Shielding”文章。該文章提出一種通過磁控濺射鍍鎳工藝同時(shí)提升AgNWs導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電率和磁導(dǎo)率的方法，獲得高效電磁屏蔽材料；再涂覆含氟涂層提高材料的接觸角，賦予電磁屏蔽材料高疏水性（如圖1所示）。

圖1 疏水型高效電磁屏蔽材料的制備流程圖

  通過調(diào)控磁控濺射工藝參數(shù)，磁性的鎳納米顆粒（NiNPs）均勻負(fù)載在類似“鳥巢”結(jié)構(gòu)的AgNWs網(wǎng)絡(luò)，形成金屬膜（如圖2所示），使材料的導(dǎo)電率從1991.5 S/cm增加到3719.7 S/cm，飽和磁化強(qiáng)度也達(dá)到0.5 emu/g（如圖3所示）。優(yōu)異導(dǎo)電率和磁性的結(jié)合，賦予材料超高的電磁屏蔽性能。例如，當(dāng)AgNWs含量為0.109 vol%、NiNPs負(fù)載量為0.013 mg/cm²時(shí)，該材料的電磁屏蔽效能到達(dá)88.4 dB，如4a所示。該材料的屏蔽效能超過已報(bào)道的銀基屏蔽材料的屏蔽效能（如圖4b和c所示）。

圖2 CS₀N₃₀ (a, e)、CS₂₀N₀ (b, f)、CS₂₀N₃₀ (c, g)的SEM和元素分布圖

圖3 高效電磁屏蔽材料的導(dǎo)電率(a)和磁滯回線(b)

  雖然上述材料具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能，但是仍面臨如下問題：（1）濾紙基材的吸水性致使材料容易吸收空氣中的水分；（2）金屬原子（NiNPs和AgNWs）暴露在空氣中易被氧化。上述兩個(gè)問題均導(dǎo)致材料電磁屏蔽性能的降低。作者發(fā)現(xiàn)：含氟涂層不僅不會(huì)影響材料的電磁屏蔽性能，還可以顯著提高材料的接觸角（149.7°）；該材料被彎曲1500次后，電磁屏蔽性能基本不變（詳細(xì)結(jié)果見圖5d-g）。涂覆含氟涂層可有效的阻止了濾紙對(duì)水分或水蒸氣吸附，也可以防止NiNPs和AgNWs的氧化，延長了使用壽命。

圖4. 磁控濺射時(shí)間與涂覆次數(shù)對(duì)材料電磁屏蔽性能的影響(a)；該材料與已報(bào)道銀基電磁屏蔽材料的性能對(duì)比(b, c)；高疏水電磁屏蔽材料的接觸角(d)；含氟涂層對(duì)電磁屏蔽性能的影響(e)；彎曲1500次后，材料的電磁屏蔽性能(f)；該材料與已報(bào)道疏水型銀基電磁屏蔽材料的性能對(duì)比(g)

  論文的第一作者和通訊作者為聊城大學(xué)戰(zhàn)艷虎副教授，共同通訊作者為四川大學(xué)夏和生教授。同時(shí)福州大學(xué)江獻(xiàn)才副教授和賀州學(xué)院陳珍明副教授也對(duì)本工作做出貢獻(xiàn)。本工作的開展獲得國家自然基金國際合作項(xiàng)目、山東省自然基金的大力支持。

  論文鏈接：

  “Yanhu Zhan, Xuehui Hao, Licui Wang, Xiancai Jiang, Yu Cheng, Changzheng Wang, Yanyan Meng, Hesheng Xia, and Zhenming Chen, Superhydrophobic and Flexible Silver Nanowire-Coated Cellulose Filter Papers with Sputter-Deposited Nickel Nanoparticles for Ultrahigh Electromagnetic Interference Shielding. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, DOI:10.1021/acsami.1c03692”

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c03692