復合材料的電磁干擾（EMI）屏蔽性能通常受其電導率和磁導率的限制，而電導率和磁導率在很大程度上取決于導電填料的含量、長寬比、磁導率等。較高的填料含量通常會導致成本高、分散性差且易于團聚，使聚合物復合材料機械易碎且難以加工。因此，非常需要開發具有低導電填料含量，同時保持其高EMI屏蔽性能的復合材料。在此，在我們的工作中，具有極低石墨烯負載的石墨烯/聚合物復合材料實現了高性能的EMI屏蔽。通過獨特的雙向凍結技術，制備了具有雙軸排列層狀結構的3D導電石墨烯網絡。借助這種類似珍珠母的、高度對齊的網絡，我們的石墨烯/聚合物復合材料表現出各向異性的導電性、機械性能，因此在極低的石墨烯含量下具有出色的EMI屏蔽效果。具體而言，具有0.42 wt％石墨烯含量的復合材料在將石墨烯氣凝膠在2500℃退火后顯示出約65 dB的增強EMI屏蔽效果，這與銅箔相當。更顯著的是，由于復合材料的密度低，其特定的屏蔽效果甚至高于具有高導電填料含量的金屬箔和固體材料的屏蔽效果。
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Figure 1. （a-d）各向異性石墨烯/PDMS復合材料制造過程的示意圖。GO氣凝膠（e）、石墨烯氣凝膠（f）和柔性石墨烯/PDMS復合材料（g）的數碼照片。平行于氧化石墨烯氣凝膠的銅板（h）和相應的石墨烯/PDMS復合材料（i）橫截面的SEM圖像。（j）0.42 wt％的石墨烯/PDMS復合材料的高電磁干擾（EMI）屏蔽性能。（k）提出的EMI屏蔽機制。
Figure 2. 分別在LN（a）、110℃（b）和50℃（c）的冷凍溫度下，平行于氧化石墨烯氣凝膠銅板的SEM橫截面圖像。（d）概括的層間間距/層密度和（e）電導率與凍結溫度的關系。（f）在不同溫度下，冷凍的石墨烯/PDMS復合材料的EMI屏蔽性能。（g）總結EMI屏蔽效果與凍結溫度的關系。
Figure 3. 石墨烯/PDMS復合材料（LN-0.49 wt％）在XY平面（a）、ZX平面（b）和YZ平面（c）的形態。（a）插圖：各向異性復合結構的示意圖。（d-f）為（a-c）中復合物相對應的放大圖像。石墨烯/PDMS復合材料的（g）各向異性力學性能、（h）各向異性電導率和（i）各向異性EMI屏蔽效果。
Figure 4. 導電填料的濃度對石墨烯/PDMS復合材料的EMI屏蔽效果產生影響。
相關研究成果于2020年由浙江大學Chao Gao課題組，發表在Carbon（2020, 157, 570-577）上。原文：High-efficiency electromagnetic interference shielding realized in nacre-mimetic graphene/polymer composite with extremely low graphene loading。
摘自《石墨烯雜志》公眾號：
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