来源 | Advanced Functional Materials

链接 | https://doi.org/10.1002/adfm.202522073

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背景介绍

随着太赫兹（THz）技术在传感、成像及新兴 6G 系统中的快速发展，对兼具以下特性的材料需求迫切：① 超薄（20-60 μm）、轻质、柔性；② 高性能电磁干扰（EMI）屏蔽；③ 高效热管理；④ 长期稳定性。二维材料薄膜虽具有广阔应用前景，但如何规模化制备兼具优异性能和长期稳定性的此类薄膜仍面临挑战。

02

成果掠影

近日，首都师范大学的马冬林、韩鹏、杨柳思团队提出了一种聚合物辅助协同剥离-组装策略，用于构建原始石墨烯基薄膜。其中海藻酸钠（SA）通过离子交联确保结构稳定性，羧甲基纤维素（CMC）则促进石墨烯在聚合物中的高效剥离与均匀分散。后续的Ca²⁺交联进一步强化了复合结构，形成具有增强耐久性的连续导电网络。最终制得的约40微米厚薄膜展现出97.7分贝的太赫兹屏蔽效能与92.0 W/m·K的面内导热系数，同时保持机械柔性与长达一年的环境稳定性。这种可规模化制备技术与多功能集成特性，凸显了该薄膜在需要集成电磁屏蔽与热管理的新一代器件中的应用潜力。研究成果“Polymer-Assisted Co-Exfoliation-Assembly of Pristine Graphene-Based Films for Integrated Terahertz Shielding and Thermal Management”为题发表在《Advanced Functional Materials》。

03

图文导读

图1.交联的GSCF的制造和表征。a）复合膜制备的示意图。b）通过GAGE方法获得的石墨烯/SA/CMC复合浆料的照片。c）TEM图像和d）剥离的石墨烯纳米片的横向尺寸的直方图。e）通过浸入CaCl 2溶液中的复合膜的交联。f）交联的GSCF的横截面SEM图像。g）石墨粉末、石墨烯纳米片、未交联和交联的GSCF的拉曼光谱。

图2.交联GSCF的性能增强。a）未交联和交联GSCF浸入去离子水中后的对比数字照片。b）未交联和交联GSCF的接触角测量。c）SCF和交联SCF的FTIR光谱和d）放大的FTIR光谱。e）未交联和交联GSCF的XPS光谱。高分辨率XPS C 1 s光谱，峰拟合f）g）交联的GSCF。h）交联的GSCF的柔性和坚固性证明，包括折叠、弯曲和200 g负载。i）GCF、未交联的和交联的GSCF的应力-应变曲线和j）杨氏模量。

图3. 交联GSCF的太赫兹屏蔽性能。a) 时域太赫兹传输谱，b) 0.3–2.2 THz频段的太赫兹电磁干扰屏蔽效能，c) 厚度为40 μm的交联SCF、未交联与交联GSCF的平均太赫兹电磁干扰屏蔽效能。d) 不同石墨烯含量、厚度为40 μm的交联GSCF的太赫兹电磁干扰屏蔽效能。e) 石墨烯含量为80 wt.%、不同厚度的交联GSCF的太赫兹电磁干扰屏蔽效能。f) 不同石墨烯含量与厚度的交联GSCF的平均太赫兹电磁干扰屏蔽效能。g) 交联GSCF的太赫兹屏蔽机制示意图。h) 与其他石墨烯基太赫兹屏蔽材料的太赫兹电磁干扰屏蔽效能对比。i) 初始交联GSCF、环境暴露341天后的交联GSCF、环境暴露505天后的薄膜、环境暴露505天并再经24小时水蒸气暴露后的薄膜，以及环境暴露505天并再经24小时/70°C热处理后的薄膜（石墨烯含量为80 wt.%）的平均太赫兹电磁干扰屏蔽效能。

图4. 交联GSCF的热管理性能。a) 交联SCF与交联GSCF（80 wt.%石墨烯）的热重分析曲线。b) 不同石墨烯含量的交联GSCF面内导热系数。c) 与其他石墨烯基材料导热系数的对比。d) 分别使用空气、交联SCF和交联GSCF（80%石墨烯）进行散热时加热芯片的表面温度-时间曲线。e) 分别采用空气、交联SCF和交联GSCF（80 wt.%石墨烯）进行散热时加热芯片的红外热成像图。