张好斌教授：聚合物电磁屏蔽复合材料研究进展

本次 2023高分子电磁屏蔽复合材料及应用论坛特别邀请到了 北京化工大学，国家优秀青年科学基金获得者 张好斌 教授 分享《聚合物电磁屏蔽复合材料研究进展》：

他将从聚合物电磁屏蔽复合材料入手，为本次大会带来了该材料最新的研究进展，以及如何实现高效电磁复合材料的轻薄化、高性能化及多功能化，满足复杂应用环境的重大需求。

本报告将主要介绍聚合物电磁屏蔽复合材料研究的发展历程和面临挑战，以及报告人围绕高分子加工过程中所面临的界面调控、结构功能协同和多功能化等关键科学问题而进行的探索和取得的研究成果。最后，将展望高性能聚合物电磁屏蔽纳米复合材料的发展前景和潜在应用。

张好斌  北京化工大学教授/博导，国家优秀青年科学基金获得者

长期从事二维纳米材料制备与功能化方法、聚合物功能纳米复合材料和聚合物电磁屏蔽/吸波纳米复合材料研究。在Adv Mater，Angew Chem Int Ed，Nano Lett，Adv Funct Mater和ACS Nano等国际知名学术期刊发表SCI研究论文86篇，其中第一/通讯作者论文70篇。相关成果被包括Science、Nat Rev Mater、Chem Soc Rev等期刊重点引用和积极评价，论文总引用12000余次（谷歌学术），21篇论文入选ESI 高被引（9篇热点论文），其中35篇论文被引>100次、7篇论文被引>500次，其中两篇关于石墨烯和MXene电磁屏蔽性能研究论文被引用分别超1000和1200多次，申请中国发明专利15项（10项授权）。作为负责人承担包括国家基金委优秀青年科学基金项目、面上项目（3项）等项目10余项。获浙江省自然科学二等奖（R4）和宁波市科学技术奖一等奖（R4）。兼任中国材料研究学会青年工作委员会理事会理事、中国复合材料学会导热复合材料专业委员会委员、中国化工学会化工新材料专业委员、《物理化学学报》及Wiley出版社InfoMat杂志青年编委。

碳材料在近年来，由于其优秀的导电和导热性能，同时还可以改善复合材料的传输特性，甚至可以在很多苛刻环境下应用，而引起人们的广泛关注。近年来，由于电磁干扰越来越多，电磁兼容问题越来越被重视，碳基复合材料在电磁屏蔽（electromagnetic shielding）领域的开发与应用受到了特别关注。

碳纳米管颗粒具有高导电性和导热性

来源：网络公开

不同于复合材料，导电聚合物也是一种路径，尽管可以解决其中一部分问题，但难免带来机械性能和热稳定性降低的困扰，这就使得使用环境温度受限或材料成本过高的问题。

聚合物电磁屏蔽材料需求旺盛

电子元器件及整机、人工智能、新型显示、集成电路、新能源汽车等产业蓬勃发展，加上以 5G为首的高频通信加速推进，电子材料和器件产业飞快发展，据估计，到2025年，产业规模将超过1500亿美元，电子产业快速发展的背后，电磁屏蔽材料的需求也越发旺盛，据BCC Research预测预测，电磁屏蔽材料产业规模已达约100亿美元。

从趋势上看，几乎所有电子产品和器件都在缩短更新换代周期，并且朝着轻量化、精密化、高功率化、多功能化发展，随着功耗不断提高，结构更加精密，电磁干扰和电磁兼容的问题也越发严重，电磁屏蔽技术在控制或减轻电磁辐射污染方面起着至关重要的作用。

从材料上看，高分子电磁屏蔽材料以其质轻价廉、耐腐蚀、易加工成型和性能可调性好等特点在诸多领域获得了广泛应用，目前正向高性能化、宽频化、高耐温性和多功能化方向发展，以适应日益复杂的应用场景。

高导电的电磁屏蔽材料是实现电磁屏蔽的关键。比如在航空航天、智能穿戴设备领域中，对于电磁屏蔽材料提出了高性能、轻质、高导电性和超弹性的要求，甚至需要能够耐极端环境，但这一类的材料在研究和开发上始终面临着巨大挑战。

以二维过渡金属碳/氮化物（MXene）为例，由于其独特的纳米片层结构、卓越的电性能、极性的表面特性，在高性能电磁屏蔽材料领域内有巨大的潜力和竞争力，引来许多人关注。但目前有一个很大的困扰，由于MXene表面的官能团种类和片层大小有限，加上纳米片层间作用力影响，对于制备理想的高弹性、高导电性的轻质可压缩三维结构仍旧是一个难题。

北京化工大学于中振教授、张好斌教授团队曾经展示了展示了一种有效的方法来提高MXene基气凝胶的弹性，同时还有高导电性和低密度的特点。由于MXene纳米片与酸化碳纳米管（aCNT）的协同作用，通过定向冷冻和后续冷冻干燥构建了具有类爬山虎微形貌的MXene/aCNT各向异性气凝胶，这种MXene纳米片有各向异性多孔骨架，具有高强度、超轻、超弹的特性。同时，这种高导电骨架、多孔结构和许多的可极化中心让这种材料有很高的电磁屏蔽性能，甚至还可以经受住低温和高温（-196~300℃），基于上述特性，该材料非常适用于极端环境下的电磁防护领域。

MXene/酸化碳纳米管气凝胶的(a-c)合成流程图及(d-g)其多功能展示

来源：论文

碳材料的另一个代表——石墨烯，也十分优秀。比如作为石墨烯的一维宏观组装体，石墨烯纤维的同样具有高导热、高导电和高机械强度的特点，做成的织物，在柔性电子、功能防护织物、生物医学、航空及国防领域都有极大的应用潜力。目前迫制备兼具高强度与高韧性的导电石墨烯纤维已成为了重点研发方向之一。

石墨烯基电磁功能材料的多尺度设计策略及应用

来源：网络公开

聚合物电磁屏蔽纳米复合材料在新一代通信技术、智能穿戴设备、新能源汽车、航空航天、国家重大设施和关键装备等方面发挥着举足轻重的作用，被发改委和科技部等列入未来重点发展的战略性新兴功能材料。近年来，以石墨烯、碳纳米管和MXene为代表的新型功能纳米材料的涌现，给聚合物电磁屏蔽复合材料的研究提供了新的机遇和助力。

同时，我们还将针对电磁屏蔽材料进展与应用、柔性电路、微波暗室、电磁防护材料、新能源汽车电磁兼容系统、6G的THz电磁屏蔽材料解决方案、轻量化发泡材料、电磁屏蔽材料产业带来的机遇等议题展开全面讨论！

审核编辑 ：李倩