北航这种电磁屏蔽材料有点意思

HDTV 2023-07-07 发布于广东

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近日，北京航空航天大学化学学院衡利苹研究员在学术期刊《ACS Nano》（《美国化学学会.纳米》）上发表了题为“Slippery Graphene-Bridging Liquid Metal Layered Heterostructure Nanocomposite for Stable High-Performance Electromagnetic Interference Shielding”的研究。该研究构建了一种具有超润滑界面的还原氧化石墨烯/液态金属(S-rGO/LM)异质层状纳米复合材料，用于高性能稳定的电磁屏蔽。

北航衡利苹研究员

根据论文，S-rGO/LM薄膜在内部厚度仅33微米时其X波段电磁屏蔽效率可达80dB，屏蔽99.999999%的入射电磁波，且该材料在抵抗多种严苛环境（严苛化学环境、极限工作温度、严重机械磨损）后具备超高的电磁屏蔽效率保留能力（电磁屏蔽效率＞70 dB）。

注意，这是一种镓基液态金属（LM）材料，也是柔性电子制造应用最广泛的材料。根据论文，它的制备方法是：

大片径氧化石墨烯（GO）片层和通过超声制备的纳米尺度液态金属（LM）液滴通过静电力作用形成稳定的GO/LM胶体态乳液。

之后通过真空辅助抽滤得到GO/LM薄膜，之后通过机械按压（5 兆Pa）使得LM液滴的Ga2O3（注：氧化镓）壳层破裂，并使其中体相LM流延形成LM片层。

进一步通过在管式炉中800 ℃高温退火得到异质层状还原氧化石墨烯/液态金属rGO/LM纳米复合薄膜，最终将该薄膜通过在稀释后的聚二甲基硅氧烷（PDMS）溶液中浸涂并固化之后旋涂硅油得到具有超润滑特性的S-rGO/LM复合薄膜。

评论一下：

石墨烯本身是电的良导体；镓是金属，电导率也不错。论文称由于石墨烯片层对镓液态金属片层起到了良好的桥接和限域作用，该复合纳米材料内部形成了连续完整的异质层状导电网络。不清楚这种材料的电磁屏蔽作用是否以吸收为主？

如果是的话，这会是非常有希望的一种隐身涂料。

1、X波段是战斗机火控雷达的御用波段。无论是早期的AN/APQ120还是后来的AN/APG63还是今天的AN/APG77雷达，都是在X波段工作的。

2、电磁屏蔽效率可达80dB。以电磁屏蔽测试的屏蔽标准SE来衡量，20dB相当于将电磁波强度衰减到原来的十分之一；40dB是百分之一；80dB是万分之一。现在的隐身飞机外形隐身手段可以降低雷达散射至百分之一的程度，但只对头锥方向正负30度以内效果较好；其它方向不是不能干，而是代价太大，外形可能就没法满足空气动力学要求了。目前的隐身涂料可以降低雷达散射至十分之一的程度。综合以后的隐身效果可以降低至百分之一到千分之一的程度。而这种材料的屏蔽效率可达万分之一，确实是有点惊人了。

3、内部厚度仅33微米。目前看到的资料称隐身涂料施工厚度不能少于0.3毫米（300微米）。比如对低频段（可能是指P、L波段）效果较好的磁损性吸波材料。美国Condictron公司的铁氧体系列涂料，厚1毫米（1000微米），在2~10GHz内衰减达10~12dB，耐热达500℃；Emerson公司的Eccosorb Coating 268E厚度1.27毫米（1270微米），重4.9kg/m2，在常用雷达频段内（1~16GHz）有良好的衰减性能（10dB）。另一类涂料为电损性涂料，通常以各种形式的碳、SiC粉、金属或镀金属纤维为吸收剂，以介电聚合物为粘接剂所组成。这种涂料重量较轻（一般可低于4kg/平米），对X波段等高频电磁波吸收好，但所需厚度大，难以做到薄层宽频吸收，尚未见纯电损型涂层用于飞行器的报道。

除此以外，论文称该薄膜还具备以下耐腐蚀、耐热、耐磨损的特征：

S-rGO/LM复合薄膜的超润滑特性使其在不同严苛化学环境中均表现出了超强的电磁屏蔽性能保持率，其在1M氢氧化钠溶液、1M盐酸溶液、1M高锰酸钾溶液、1M硫酸铜溶液，和实际海水中浸泡48小时后，其电磁屏蔽效率均保持在70 dB以上。

得益于材料的良好热稳定性，该材料在长时间放置于极限温度环境后，其电磁屏蔽效率保持在75dB以上，其稳定工作温度区间范围达-65℃—200℃，同时该材料在直接抵抗明火燃烧1分钟后，其电磁屏蔽效率依旧保持在50 dB以上。

S-rGO/LM薄膜还表现出了超强的机械磨损耐受性，在抵抗300W功率超声1小时后其电磁屏蔽效率稳定在70dB，其在2000次循环弯折试验后电磁屏蔽效率亦未发生显著下降。