轻薄、柔韧、耐高温、抗氧化的电磁屏蔽材料在航空航天和电子工业中有着迫切的需求。为了开发出在高温下仍然能够使用的高性能电磁屏蔽材料，研究人员往往在耐高温的陶瓷基体中引入具有优异导电性的碳材料（如碳纳米管、石墨、石墨烯等）。但是这类材料大多数带有陶瓷材料的脆性，另外需要一定的厚度才能达到理想的电磁屏蔽性能，这些缺点使其实际应用范围受到限制。所以迫切需要开发出一种轻薄、柔韧、同时能够在高温有氧环境中使用的电磁屏蔽材料。

　　华南理工大学张勃兴课题组开发出了一种以碳化硅（SiC）为基体，以碳纳米管膜(CNT_f)为增强体的多层复合电磁屏蔽膜。SiC陶瓷具有卓越的热氧稳定性，能够对复合膜中的CNT_f起到很好的保护作用，避免其被氧化和烧蚀；同时CNT_f具有优异的柔韧性、比强度以及电磁屏蔽性能，使得制备的复合膜既具有良好的柔韧性、机械强度以及热氧稳定性，又具有优异的电磁屏蔽性能。

图1.多层复合薄膜的制备工艺及其电磁屏蔽机理示意图

　　本研究以聚碳硅烷/烯丙基酚醛（PCS/APR）为聚合物陶瓷前驱体，首先将CNTf浸渍到聚合陶瓷前驱体溶液中，再将干燥后的样品堆叠在模具中，利用高温热压成型工艺得到前驱体/CNTf复合膜。后续高温烧结步骤，将前驱体转化为SiC陶瓷，最终制备得到多层SiC/CNT_f复合膜。在热压过程中，烯丙基酚醛和聚碳硅烷起到粘结剂的作用，负责将碳纳米管薄膜粘接到一起。在烧结过程中，聚合物陶瓷前驱体可在原位转化为SiC陶瓷，继续保持着良好的粘接作用。另外，由于多层增韧机制，最终制备得到的多层SiC/CNT_f复合膜既继承了CNTf的柔韧性，拉伸强性能又得到了进一步增强。

图2. (a)以CNT_f5-AP10为研究目标的烧蚀试验装置：(b)烧蚀前复合膜的前表面，(c)烧蚀后复合膜的前表面，(d)烧蚀后复合膜的后表面，(e)烧蚀后纯CNT_f的外观；(f)根据EDS分析总结烧蚀前后复合膜表面Si、C、O元素相对含量；烧蚀后复合膜的横截面(g)、前表面(h)和后表面(i)的SEM图像

图3.复合膜在烧蚀前后的电磁屏蔽性能

表1.相关复合材料的综合性能比较 

　　通过对复合膜中陶瓷基体SiC的含量和碳纳米管膜（CNT_f）层数的优化，制备出的复合膜在仅有50 μm的厚度下，具有高达73 dB的电磁屏蔽效能。与文献中报道的复合膜相比，在厚度、屏蔽效率、机械强度和柔韧性方面具有较大优势。烧蚀实验表明，复合膜成功克服了碳纳米管膜易被烧蚀氧化的特点。且复合膜在烧蚀后，仍然具有30 dB电磁屏蔽效能，仍满足电磁屏蔽材料的屏蔽效能商用标准（20 dB）。该方法制备工艺简单，有大规模生产应用的潜力。

　　这一研究成果近期以“Thin and flexible multilayer carbon/silicon carbide compositefilms with extraordinary electromagnetic shielding performance and ablativeresistance”发表在期刊《Carbon》上，文章第一通讯单位为华南理工大学，22级硕士研究生孙洪彪和21级本科生石根有为共同第一作者，中科院化学所罗振华副研究员和华南理工大学张勃兴副教授为共同通讯作者。

　　文章信息：

　　Hongbiao Sun^＃, Genyou Shi^＃, Zhonglei Kang, HangyuZhong, Weijian Han, Zhenhua Luo*, Bo-xing Zhang*, Thin and flexiblemultilayer carbon/silicon carbide composite films with extraordinaryelectromagnetic shielding performance and ablative resistance, Carbon 230(2024) 119660.

　　原文链接：

　　https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119660