浙师大童国秀团队合成的超薄石墨烯纳米片基泡沫

成果简介

在5G/6G时代，开发高度集成的电子设备迫切需要具有突出电磁干扰（EMI）屏蔽效果（EMI SE）和导热性的轻质多功能聚合物基复合材料。本文，浙江师范大学童国秀教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Salt-templated graphene nanosheet foams filled in silicon rubber toward prominent EMI shielding effectiveness and high thermal conductivity”的论文，研究分别以PEG 20000和NaCl为碳源和模板，采用通用盐模板引导冻干煅烧路线制备了具有多个微孔的超薄石墨烯纳米片基泡沫。

【资料图】

采用煅烧温度（T）和PEG 20000/NaCl质量比（λ）对泡沫石墨烯的织构、缺陷、石墨化、EM参数、EMI SE和导热系数进行调控。在T = 800 °C和λ = 0.530下形成的石墨烯泡沫表现出最佳的EMI SE和导热性。EMI SE 在 C、S 和 Ku 波段上超过 20 dB，填充率低至 7 wt.%，超过了大多数石墨烯基材料。同时，三维（3D）互连框架降低了纳米片间的接触热阻，并为热传导和导电提供了连续的框架，从而产生了更大的导热系数（3.26–3.95 W·m−1·K−1），与大多数报道的复合材料相比，在较低的填充比（3-5wt.%）下产生了较大的热传导率（3.26-3.95 W-m-1-K-1）。加上其高SBET（255.6-670.5 m2-g-1）和轻质，本研究中合成的石墨烯泡沫有望被用作先进电子封装的导热和EMI屏蔽填料。

图文导读

图1、3D互连超薄石墨烯泡沫的制备流程及的形貌和微观结构

图2、石墨烯泡沫的表征

图 4.（A1–A3， B1–B3， C1–C3， D1–D3， E1–E3）在T = 4 °C下获得的产品的SEM图像和（a5-a4，b5-b4，c5-c4，d5-d4，e5-e800）透射电镜图像，具有不同的PEG分子量和PEG 20000 / NaCl质量比（λ）：（a1-a5）PEG 20000，0.267;（B1–B7）PEG 20000， 0.400;（C1–C5）PAA，0.530;（D1–D2）PEG 4000， 0.530;和（e1–e7）PEG 6000，0.530

图 5.（a） 不同PEG 20000/NaCl质量比下产生的石墨烯泡沫的XRD图谱，（b） 拉曼光谱，（c） N2吸附-解吸曲线，以及（d）在不同PEG 20000 / NaCl质量比下获得的产品的孔径分布图。

图6、石墨烯泡沫的电磁特性

图7、 热性能和机理

小结

综上所述，已经成功合成了由多孔超薄石墨烯纳米片基泡沫填充的有机硅基复合材料，具有可调缺陷和质构、优越的EMI SE和大导热性。本文报道的策略由于制备简单、纹理可调、生产可扩展等优点，也适用于多孔三维互联框架的合成。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.03.022

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