電子通訊設(shè)備的快速發(fā)展，伴隨著嚴(yán)重的電磁干擾問題，常常導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至設(shè)備損害。電磁波污染甚至和人體接觸影響我們的身體健康。為降低這些風(fēng)險(xiǎn)，超輕、柔性電磁屏蔽材料的開發(fā)是至關(guān)重要的。通常，材料的電磁屏蔽性能主要受到其本征導(dǎo)電率的影響，因此高導(dǎo)電的金屬材料成為了最商業(yè)化的屏蔽材料。但是，金屬材料存在著密度高、易腐蝕及固有的剛性等問題，極大限制了其實(shí)際應(yīng)用。

由于碳納米材料具有較高柔性、超高導(dǎo)電率及化學(xué)惰性等優(yōu)點(diǎn)，使其在電磁防護(hù)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用潛力。其中，二維石墨烯的導(dǎo)電性能最為優(yōu)異，可達(dá)到108 S/m，引起了廣泛的關(guān)注。然而，宏觀組裝石墨烯膜中石墨烯片層間存在強(qiáng)電子耦合效應(yīng)，導(dǎo)致其僅僅只有~106 S/m的導(dǎo)電率。目前，利用化學(xué)摻雜提高宏觀石墨烯材料的載流子濃度和抑制層間耦合效應(yīng)，已成為常用的策略。本組曾報(bào)道通過氯化鉬（MoCl5）插層石墨烯膜可顯著的提高其導(dǎo)電率達(dá)到1.73×107 S/m，且實(shí)現(xiàn)了在空氣中性能保持穩(wěn)定。但是，在高溫環(huán)境中，MoCl5摻雜劑也極易從石墨烯層間脫除，從而導(dǎo)致石墨烯插層膜導(dǎo)電率嚴(yán)重降低，限制了其在許多極端環(huán)境中的電磁屏蔽應(yīng)用。

本文亮點(diǎn)：

（1）制備了低密度、結(jié)構(gòu)均勻的氯化銅（CuCl2）摻雜石墨烯膜（GF），證實(shí)了其導(dǎo)電率可達(dá)到1.09×107 S/m，比導(dǎo)電率超過大部分金屬材料。

（2）解決了摻雜石墨烯材料溫度穩(wěn)定性差的難題，發(fā)現(xiàn)了GF-CuCl2的溫阻系數(shù)僅有4.31×10-4 K-1，熱穩(wěn)定性可達(dá)到400 ℃，可長時間在200 ℃環(huán)境中工作使用，導(dǎo)電率基本維持不變；通過DFT計(jì)算揭示了其高溫穩(wěn)定性的原理。

（3）證明了35 μm摻雜石墨烯膜的電磁屏蔽效能可達(dá)到126 dB，在相同的厚度下其屏蔽性能高于大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道的材料；且發(fā)現(xiàn)此材料在超低溫、高溫及腐蝕性環(huán)境中都可保持性能穩(wěn)定。 

內(nèi)容簡介：

浙江大學(xué)高分子系高超教授（共同通訊）、許震研究員（共同通訊）、劉英軍副研究員（共同通訊）團(tuán)隊(duì)，利用氯化銅作為摻雜劑，實(shí)現(xiàn)了低密度、高柔性、耐高溫、高導(dǎo)電摻雜石墨烯膜材料的制備。相比于純石墨烯膜，其載流子濃度、載流子遷移率均有所提高，比導(dǎo)電率超過大部分金屬。此外，摻雜石墨烯膜具有極高的電磁屏蔽效能，在高低溫、腐蝕性等極端環(huán)境中都可穩(wěn)定使用。

圖1 （A） GF-CuCl2的制備示意圖。（B） GF-CuCl2的結(jié)構(gòu)示意圖。GF的晶格結(jié)構(gòu) （C） 和電子衍射 （D）。（E-F） GF-CuCl2的高分辨TEM圖。

圖2 GF 和GF-CuCl2的XPS （A），XRD （B）及Raman （C）光譜表征。（D-G） GF-CuCl2的表面形貌及元素成像。（H-K） GF-CuCl2的斷面形貌及元素成像。

圖3 （A） GF和GF-CuCl2的功函數(shù)對比。（B） GF和GF-CuCl2導(dǎo)電率與溫度之間的依賴關(guān)系。（C） GF和GF-CuCl2導(dǎo)電率比較圖。（D） GF-CuCl2和金屬導(dǎo)體的比導(dǎo)電率對比。

圖4 （A） GF-CuCl2和GF-MoCl5的熱失重分析對及DFT結(jié)合能計(jì)算。（B） GF-CuCl2導(dǎo)電率與溫度和時間的關(guān)系曲線。在200℃下長時間處理，GF-CuCl2 （C） 和GF-MoCl5 （D） 的導(dǎo)電率對比及經(jīng)過12h熱處理前后，GF-CuCl2和GF-MoCl5的截面形貌對比。

圖5 （A） GF和GF-CuCl2的電磁屏蔽性能。GF-CuCl2在200 ℃ 高溫（B）、超低溫的液氮 （C） 和浸泡溶劑 （D）后的電磁屏蔽性能對比。（E） GF-CuCl2經(jīng)彎折循環(huán)之后的電磁屏蔽性能對比。（F）電磁屏蔽材料性能比較。

該工作在高超教授團(tuán)隊(duì)前期積累和前人經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上完成（Chem. Mater., 2014,26, 67-86；Acc. Chem. Res., 2014, 47（4）， 1267-1276；Chem. Rev., 2015, 115（15）， 7046?7117；Adv. Mater., 2017, 1700589; Nanoscale, 2017, 9, 18613–18618; Carbon, 2019, 155, 462-468；Carbon, 2020, 156, 205-211）。相關(guān)成果以“Highly conductive graphene film with high-temperature stability for electromagnetic interference shielding”為題發(fā)表在Carbon（Doi: 10.1016/j.carbon.2021.04.027）。論文的第一作者為高超團(tuán)隊(duì)的博士生龐凱和博士后劉曉婷。該論文得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、浙江大學(xué)百人計(jì)劃等相關(guān)經(jīng)費(fèi)的資助。