曼彻斯特大学李加深团队《Compos. Part B-Eng.》综述：用于电磁干扰屏蔽的超薄金属复合材料

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近年来，随着无线通信和电子设备的普及，电磁辐射污染逐渐引起人们的关注。不同电磁信号的交织将导致信号失真，影响仪器的精确性。多种电磁辐射源，如高压输电线，通讯基站和手机电脑等都会引起环境电磁污染。除此之外，电磁波还会干扰生物体的细胞功能，影响生理健康，可能导致失眠、精神压力和其他疾病。世界卫生组织（WHO）的国际癌症研究机构（IARC）甚至将低频磁场确定为可能的致癌源。电磁辐射对复杂设备的操作、通信安全和生物健康都可能产生不利影响。因此，有必要开发优异的电磁屏蔽材料。曼彻斯特大学李加深博士团队基于电磁屏蔽有效性原理和材料结构特征，系统地概述了超薄金属复合材料在电磁干扰屏蔽方面的应用和前景，为电磁屏蔽材料的设计提供了总结和指导。综述内容以“Ultra-thin metal composites for electromagnetic interference shielding”为题发表在期刊《Composites Part B》上。

目前，大量的电磁屏蔽材料聚焦在碳材料和MXene上。然而，这些材料的制备成本和灵活性受限，更重要的是，这些材料在厚度优化方面难以与金属媲美。单层金属纳米颗粒或纳米线很容易实现超高电磁屏蔽效能，具有成本优势和商业化潜力。并且，传统的金属材料如铜和银等易获取、可回收、造价低，还具有抗菌性等特点。因此，以金属复合材料为聚焦点，在传统中创新，实现成本、效能、应用性和商业化的多重优势，是材料科学不断发展的动力。

图1：电磁屏蔽原理图。E_I是入射电磁波的能量；E_X是进入电磁屏蔽材料的电磁波的能量；E_R是由材料反射的电磁波的能量；E_T是完全穿过材料的电磁波的能量；a是外部阻抗；b是材料阻抗；k^r是反射系数；k^t是透射系数；t是介质中的传播距离。

根据电磁屏蔽原理（图1），可以设计金属复合材料的不同结构，从而定制具有特定吸收或者反射模式的薄膜。界面处的导电物质、磁性物质和极性分子能增强复合材料的电磁屏蔽能力。导电填料和内部界面也增强了微波吸收并实现了电磁波的损耗。在此基础上，这篇综述还归纳了银、铜、镍以及其它金属，稀土金属和液体金属等在电磁屏蔽领域的应用，并探究它们与碳材料，MXene，导电聚合物，离子液体等的结合，拓展其功能。除此之外，不同的制备技术也会对电磁屏蔽材料的性能产生影响，电喷雾、等离子体沉积、化学气象沉积、无电沉积和电镀等等在可控性、制备成本、节能和环保方面都具有不同的特征，根据目标需求选择合适的金属涂层方案，并采用不同的复合材料合成路线，能够获得理想的电磁屏蔽材料。综述的第一作者为曼彻斯特大学材料学院学生常金琳，通讯作者为李加深博士。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110269

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