由于先进电子产品的爆炸式增长导致了严重的电磁干扰 (EMI) 屏蔽问题，对先进的电磁干扰 (EMI) 屏蔽材料的需求量很大。除了优异的 EMI 屏蔽性能外，屏蔽材料的机械强度对于某些特定应用场景 (例如屏蔽罩和屏蔽框架) 也至关重要。虽然大多数报道的 EMI 屏蔽材料具有良好的屏蔽性能和轻量化特性，但它们通常表现出较差的机械强度。同时，多功能性对于 EMI 屏蔽材料的应用也至关重要。本研究开发了一种基于熔融态的原位还原策略来制备高效的 EMI 屏蔽复合材料，使 Co 纳米粒子在碳基基质上均匀分散，同时具有高密度的缺陷。这确保了复合材料由于存在巨大的界面而具有高机械强度，并显着提高了 EMI 屏蔽性能。该复合材料的最佳屏蔽效能为 32.6 dB，抗压强度为 38.31 MPa，与原始碳泡沫相比分别提高了 65.4% 和 123.4%。同时，该复合材料还表现出理想的电化学和光热转换性能。这项研究为设计出在电磁干扰屏蔽、机械强度和多功能性方面表现优异的复合材料提供了见解。
 
 
图 1. (a) 钴纳米粒子增强碳泡沫复合材料的合成策略示意图。(b) 复合材料的数码照片 (c) 样品钴纳米粒子增强碳泡沫复合材料 (CF-3) 的扫描电子显微镜 (SEM) 图像。(d) 原始碳泡沫和钴纳米粒子增强碳泡沫复合材料的 XRD 图案和 (e) 拉曼光谱。(f) 通过电感耦合等离子体发射光谱仪 (ICP-OES) 测量复合材料中的钴元素含量。钴纳米粒子增强碳泡沫复合材料的 (g) C 1s、(h) O 1s 和 (i) Co 2p 的 X 射线光电子能谱 (XPS)。


 
图 2. Co 纳米粒子增强碳泡沫复合材料 (CF-7) 的结构表征。(a) 复合材料的典型低倍 TEM 图像。(b) a 中标记区域的局部放大 TEM 图像。(c) 通过测量 80 多个纳米粒子统计计算出 Co 纳米粒子的尺寸分布。(d) 图 S8b 的对应 SAED 图案。(e) 具有核壳结构的单个 Co 纳米粒子的 TEM 图像。(f) b 中标记区域的对应高分辨率 TEM 图像。(g–j) 沿 Co [101] 和 CoO [011] 观察的低倍和原子分辨率 HAADF 图像。(k) 选定区域的 EELS 映射，其中呈现 C k 边、O k 边和 Co L 边，线轮廓和详细的 Co L 边分别显示在 (l) 和 (m) 中。
 
 
图3. （a）原始碳泡沫和钴纳米粒子增强碳泡沫复合材料的压缩应变-应力曲线和（b）压缩强度。钴纳米粒子增强碳泡沫复合材料的有限元模型：（c）建模和网格；（d）负载和边界条件。压缩应变分别为（e）0%、（f）2.5%、（g）5%、（h）7.5% 和（i）10% 时 CF-7 样品上的等效应力分布。压缩应变为 10% 时 (j) CF-3、(k) CF-5 和 (l) CF-9 上的等效应力分布。
 

 
图 4. 共纳米粒子增强碳泡沫复合材料的(a)SET，(b)SER，(c)SEA在X波段。(d)共纳米粒子增强碳泡沫复合材料的平均屏蔽效能比较。(e)共纳米粒子增强碳泡沫复合材料在X波段的吸收系数和(f)反射系数。(g)共纳米粒子增强碳泡沫复合材料的A/(R+A)值。(h)室温下共纳米粒子增强碳泡沫复合材料的电导率和(i)磁滞回线。
 
 
 
图 5. （a）濉洹ⅲ╞）濉濉ⅲ╟）臁洹ⅲ╠）臁濉ⅲ╡）C0曲线，以及（f）Co纳米粒子增强碳泡沫复合材料在X波段的趋肤深度。（g）复合材料屏蔽机制示意图。
 
 

图 6. 分别在相同扫描速率和电流密度下比较 Co 纳米粒子增强碳泡沫复合材料的 (a) CV 曲线和 (b) GCD 曲线。(c) 不同扫描速率下样品 CF-7 的 CV 曲线比较。在不同循环下比较样品 CF-7 的 (d) CV 曲线和 (e) GCD 曲线。(f) Co 纳米粒子增强碳泡沫复合材料的 EIS 测量值比较。Co 纳米粒子增强碳泡沫复合材料在不同电压下的光热性能：(g) 2 V、(h) 3 V 和 (i) 4V。
 
        相关科研成果由佛罗里达大学Yang Yang, 西安理工大学Caiyin You等人于2025年发表在ACS Nano上。原文：Designing Carbon-Foam Composites via Molten-State Reduction for Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c13329

转自《石墨烯研究》公众号