碳材料在近年來，由于其優(yōu)秀的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，同時還可以改善復(fù)合材料的傳輸特性，甚至可以在很多苛刻環(huán)境下應(yīng)用，而引起人們的廣泛關(guān)注。近年來，由于電磁干擾越來越多，電磁兼容問題越來越被重視，碳基復(fù)合材料在電磁屏蔽（electromagnetic shielding）領(lǐng)域的開發(fā)與應(yīng)用受到了特別關(guān)注。
碳納米管顆粒具有高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性 來源：網(wǎng)絡(luò)公開
不同于復(fù)合材料，導(dǎo)電聚合物也是一種路徑，盡管可以解決其中一部分問題，但難免帶來機械性能和熱穩(wěn)定性降低的困擾，這就使得使用環(huán)境溫度受限或材料成本過高的問題。
聚合物電磁屏蔽材料需求旺盛
電子元器件及整機、人工智能、新型顯示、集成電路、新能源汽車等產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，加上以 5G為首的高頻通信加速推進，電子材料和器件產(chǎn)業(yè)飛快發(fā)展，據(jù)估計，到2025年，產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過1500億美元，電子產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的背后，電磁屏蔽材料的需求也越發(fā)旺盛，據(jù)BCC Research預(yù)測預(yù)測，電磁屏蔽材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達(dá)約100億美元。
從趨勢上看，幾乎所有電子產(chǎn)品和器件都在縮短更新?lián)Q代周期，并且朝著輕量化、精密化、高功率化、多功能化發(fā)展，隨著功耗不斷提高，結(jié)構(gòu)更加精密，電磁干擾和電磁兼容的問題也越發(fā)嚴(yán)重，電磁屏蔽技術(shù)在控制或減輕電磁輻射污染方面起著至關(guān)重要的作用。
從材料上看，高分子電磁屏蔽材料以其質(zhì)輕價廉、耐腐蝕、易加工成型和性能可調(diào)性好等特點在諸多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，目前正向高性能化、寬頻化、高耐溫性和多功能化方向發(fā)展，以適應(yīng)日益復(fù)雜的應(yīng)用場景。
高導(dǎo)電的電磁屏蔽材料是實現(xiàn)電磁屏蔽的關(guān)鍵。比如在航空航天、智能穿戴設(shè)備領(lǐng)域中，對于電磁屏蔽材料提出了高性能、輕質(zhì)、高導(dǎo)電性和超彈性的要求，甚至需要能夠耐極端環(huán)境，但這一類的材料在研究和開發(fā)上始終面臨著巨大挑戰(zhàn)。
以二維過渡金屬碳/氮化物（MXene）為例，由于其獨特的納米片層結(jié)構(gòu)、卓越的電性能、極性的表面特性，在高性能電磁屏蔽材料領(lǐng)域內(nèi)有巨大的潛力和競爭力，引來許多人關(guān)注。但目前有一個很大的困擾，由于MXene表面的官能團種類和片層大小有限，加上納米片層間作用力影響，對于制備理想的高彈性、高導(dǎo)電性的輕質(zhì)可壓縮三維結(jié)構(gòu)仍舊是一個難題。
北京化工大學(xué)于中振教授、張好斌教授團隊曾經(jīng)展示了展示了一種有效的方法來提高MXene基氣凝膠的彈性，同時還有高導(dǎo)電性和低密度的特點。由于MXene納米片與酸化碳納米管（aCNT）的協(xié)同作用，通過定向冷凍和后續(xù)冷凍干燥構(gòu)建了具有類爬山虎微形貌的MXene/aCNT各向異性氣凝膠，這種MXene納米片有各向異性多孔骨架，具有高強度、超輕、超彈的特性。同時，這種高導(dǎo)電骨架、多孔結(jié)構(gòu)和許多的可極化中心讓這種材料有很高的電磁屏蔽性能，甚至還可以經(jīng)受住低溫和高溫（-196~300℃），基于上述特性，該材料非常適用于極端環(huán)境下的電磁防護領(lǐng)域。
MXene/酸化碳納米管氣凝膠的(a-c)合成流程圖及(d-g)其多功能展示 來源：論文
碳材料的另一個代表——石墨烯，也十分優(yōu)秀。比如作為石墨烯的一維宏觀組裝體，石墨烯纖維的同樣具有高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電和高機械強度的特點，做成的織物，在柔性電子、功能防護織物、生物醫(yī)學(xué)、航空及國防領(lǐng)域都有極大的應(yīng)用潛力。目前迫制備兼具高強度與高韌性的導(dǎo)電石墨烯纖維已成為了重點研發(fā)方向之一。
石墨烯基電磁功能材料的多尺度設(shè)計策略及應(yīng)用 來源：網(wǎng)絡(luò)公開
聚合物電磁屏蔽納米復(fù)合材料在新一代通信技術(shù)、智能穿戴設(shè)備、新能源汽車、航空航天、國家重大設(shè)施和關(guān)鍵裝備等方面發(fā)揮著舉足輕重的作用，被發(fā)改委和科技部等列入未來重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興功能材料。近年來，以石墨烯、碳納米管和MXene為代表的新型功能納米材料的涌現(xiàn)，給聚合物電磁屏蔽復(fù)合材料的研究提供了新的機遇和助力。
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