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  隨著5G通訊時代的到來，無線通訊系統和高頻電子器件的快速發展，導致電磁輻射污染日益嚴重。發展高效電磁屏蔽材料是解決該問題的最主要的途徑。復合材料的電磁屏蔽性能與其導電率息息相關，而導電率取決于導電填料的種類和導電網絡結構。具有超高導電率和長徑比的銀納米線（AgNWs），更易形成導電網絡，因此得到電磁屏蔽領域科研人員的青睞。目前，可以通過涂覆、噴涂、過濾等工藝在聚合物基材表面構建AgNWs導電網絡。為了降低AgNWs之間的接觸電阻，科研人員還開發了納米焊接，熱壓，燒結等方法。根據電磁屏蔽機理，除了導電率外，磁導率也是影響材料電磁屏蔽性能的關鍵因素。然而，如何同時提高AgNWs導電網絡的導電率和磁導率仍為一個難題。

  近年來，聊城大學戰艷虎副教授團隊與四川大學夏和生教授團隊合作，在柔性聚合物基電磁屏蔽材料的結構設計、高效化和功能化等方面取得突破性進展，已成功制備了具有磁性石墨烯隔離網絡的橡膠屏蔽材料（Chem. Eng. J., 2018, 344,184-193）、多孔結構與CNT隔離網絡并存的橡膠屏蔽材料（Nanoscale, 2019, 11, 1011-1020）、各向異性橡膠屏蔽材料（Nanoscale, 2020, 12, 7782–7791）、隔熱型聚合物屏蔽材料（Chem. Eng. J., 2021, 417, 129339）等。近期，兩課題組再次合作，在國際知名期刊ACS Applied Materials & Interfaces上發表題名為“Superhydrophobic and Flexible Silver Nanowire-Coated Cellulose Filter Papers with Sputter-Deposited Nickel Nanoparticles for Ultrahigh Electromagnetic Interference Shielding”文章。該文章提出一種通過磁控濺射鍍鎳工藝同時提升AgNWs導電網絡的導電率和磁導率的方法，獲得高效電磁屏蔽材料；再涂覆含氟涂層提高材料的接觸角，賦予電磁屏蔽材料高疏水性（如圖1所示）。

圖1 疏水型高效電磁屏蔽材料的制備流程圖

  通過調控磁控濺射工藝參數，磁性的鎳納米顆粒（NiNPs）均勻負載在類似“鳥巢”結構的AgNWs網絡，形成金屬膜（如圖2所示），使材料的導電率從1991.5 S/cm增加到3719.7 S/cm，飽和磁化強度也達到0.5 emu/g（如圖3所示）。優異導電率和磁性的結合，賦予材料超高的電磁屏蔽性能。例如，當AgNWs含量為0.109 vol%、NiNPs負載量為0.013 mg/cm²時，該材料的電磁屏蔽效能到達88.4 dB，如4a所示。該材料的屏蔽效能超過已報道的銀基屏蔽材料的屏蔽效能（如圖4b和c所示）。

圖2 CS₀N₃₀ (a, e)、CS₂₀N₀ (b, f)、CS₂₀N₃₀ (c, g)的SEM和元素分布圖

圖3 高效電磁屏蔽材料的導電率(a)和磁滯回線(b)

  雖然上述材料具有優異的電磁屏蔽性能，但是仍面臨如下問題：（1）濾紙基材的吸水性致使材料容易吸收空氣中的水分；（2）金屬原子（NiNPs和AgNWs）暴露在空氣中易被氧化。上述兩個問題均導致材料電磁屏蔽性能的降低。作者發現：含氟涂層不僅不會影響材料的電磁屏蔽性能，還可以顯著提高材料的接觸角（149.7°）；該材料被彎曲1500次后，電磁屏蔽性能基本不變（詳細結果見圖5d-g）。涂覆含氟涂層可有效的阻止了濾紙對水分或水蒸氣吸附，也可以防止NiNPs和AgNWs的氧化，延長了使用壽命。

圖4. 磁控濺射時間與涂覆次數對材料電磁屏蔽性能的影響(a)；該材料與已報道銀基電磁屏蔽材料的性能對比(b, c)；高疏水電磁屏蔽材料的接觸角(d)；含氟涂層對電磁屏蔽性能的影響(e)；彎曲1500次后，材料的電磁屏蔽性能(f)；該材料與已報道疏水型銀基電磁屏蔽材料的性能對比(g)

  論文的第一作者和通訊作者為聊城大學戰艷虎副教授，共同通訊作者為四川大學夏和生教授。同時福州大學江獻才副教授和賀州學院陳珍明副教授也對本工作做出貢獻。本工作的開展獲得國家自然基金國際合作項目、山東省自然基金的大力支持。

  論文鏈接：

  “Yanhu Zhan, Xuehui Hao, Licui Wang, Xiancai Jiang, Yu Cheng, Changzheng Wang, Yanyan Meng, Hesheng Xia, and Zhenming Chen, Superhydrophobic and Flexible Silver Nanowire-Coated Cellulose Filter Papers with Sputter-Deposited Nickel Nanoparticles for Ultrahigh Electromagnetic Interference Shielding. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, DOI:10.1021/acsami.1c03692”

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c03692