我国科研人员用秸秆、瓦楞纸制备高效电磁屏蔽材料

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随着现代电子工业的快速发展,各种高集成和高功率无线通信系统和电子器件数量急剧增加,导致电磁干扰和电磁污染问题日益突出,不仅在通信领域中对信号的产生、传播和接收造成了极大的影响,而且给人类社会的生产与生活,尤其是人类身体健康带来了不容忽视的危害。联合国人类环境会议早在1969年就将电磁辐射列为继水、大气、噪声污染之后的第四大公害。电磁屏蔽材料是一类能够通过吸收和反射等方式来衰减电磁波能量传播以有效抑制电磁干扰和污染的功能材料。中国科学院宁波材料技术与工程研究所高分子事业部研究员郑文革和副研究员沈斌一直致力于高效电磁屏蔽材料的开发,前期已经在电磁屏蔽材料的制备以及性能研究方面取得一系列进展。近期,该团队又从“变废为宝”和可持续发展的角度出发,利用生物质废弃物或生活废弃物来设计和制备了轻质高效电磁屏蔽材料。 每年夏收和秋冬之际,总有大量的小麦、玉米等秸秆在田间焚烧,产生了大量浓重的烟雾,不仅成为农村环境保护的瓶颈问题,甚至成为殃及城市环境的罪魁祸首。我国作为农业大国,每年可生成数亿吨秸秆,成为“用处不大”但必须处理掉的“废弃物”。农作物秸秆属于农业生态系统中一种十分宝贵的生物质能资源。农作物秸秆资源的综合利用对于促进农民增收、环境保护、资源节约以及农业经济可持续发展意义重大。在该研究中,科研人员选用小麦秸秆作为碳源,通过直接碳化和有序组装的方式设计和制备了新颖的中空多孔碳管阵列(SCAs)用于高效电磁屏蔽(如图1)。结果表明,外直径为约1.7-3.3m、表观密度仅为约72-33mg/cm3的SCAs展现出优异的电磁屏蔽效能(约57.7-44dB),这主要依赖于材料对电磁波的强反射损耗、介电损耗以及在内部多层次泡孔结构中的多重反射损耗。进一步地,科研人员将氧化石墨烯气凝胶构筑在中空秸秆的空腔内,制备了具有石墨烯气凝胶的多孔碳管阵列(GA/SCAs)复合材料。与纯SCAs相比,GA/SCAs的密度仅略微增加到约78-39mg/cm3,而电磁屏蔽效能则增加至约66.1-70.6dB。

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