??隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的快速發(fā)展，各種高集成和高功率無線通信系統(tǒng)和電子器件數(shù)量急劇增加，導(dǎo)致電磁干擾和電磁污染問題日益突出，不僅在通信領(lǐng)域中對(duì)信號(hào)的產(chǎn)生、傳播和接收造成了極大的影響，而且給人類社會(huì)的生產(chǎn)與生活，尤其是人類身體健康帶來了不容忽視的危害。聯(lián)合國(guó)人類環(huán)境會(huì)議早在1969年就將電磁輻射列為繼水、大氣、噪聲污染之后的第四大公害。電磁屏蔽材料是一類能夠通過吸收和反射等方式來衰減電磁波能量傳播以有效抑制電磁干擾和污染的功能材料。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高分子事業(yè)部鄭文革研究員和沈斌副研究員一直致力于高效電磁屏蔽材料的開發(fā)，前期已經(jīng)在電磁屏蔽材料的制備以及性能研究方面取得一系列進(jìn)展。近期，該團(tuán)隊(duì)又從“變廢為寶”和可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，利用生物質(zhì)廢棄物或生活廢棄物來設(shè)計(jì)和制備了輕質(zhì)高效電磁屏蔽材料。

每年夏收和秋冬之際，總有大量的小麥、玉米等秸稈在田間焚燒，產(chǎn)生了大量濃重的煙霧，不僅成為農(nóng)村環(huán)境保護(hù)的瓶頸問題，甚至成為殃及城市環(huán)境的罪魁禍?zhǔn)?。我?guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年可生成數(shù)億噸秸稈，成為“用處不大”但必須處理掉的“廢棄物”。農(nóng)作物秸稈屬于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中一種十分寶貴的生物質(zhì)能資源。農(nóng)作物秸稈資源的綜合利用對(duì)于促進(jìn)農(nóng)民增收、環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約以及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展意義重大。在本研究中，科研人員選用小麥秸稈作為碳源，通過直接碳化和有序組裝的方式設(shè)計(jì)和制備了新穎的中空多孔碳管陣列（SCAs）用于高效電磁屏蔽（如圖1）。結(jié)果表明，外直徑為約1.7-3.3m、表觀密度僅為約72-33mg/cm3的SCAs展現(xiàn)出優(yōu)異的電磁屏蔽效能（約57.7-44dB），這主要依賴于材料對(duì)電磁波的強(qiáng)反射損耗、介電損耗以及在內(nèi)部多層次泡孔結(jié)構(gòu)中的多重反射損耗。進(jìn)一步地，科研人員將氧化石墨烯氣凝膠構(gòu)筑在中空秸稈的空腔內(nèi)，制備了具有石墨烯氣凝膠的多孔碳管陣列（GA/SCAs）復(fù)合材料。與純SCAs相比，GA/SCAs的密度僅略微增加到約78-39mg/cm3，而電磁屏蔽效能則增加至約66.1-70.6dB。相關(guān)結(jié)果已發(fā)表于國(guó)際期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, 7, 9663-9670。

瓦楞紙板是目前最為常見的包裝材料，我國(guó)快遞行業(yè)發(fā)展迅猛，包裝材料用量巨大，2016年我國(guó)快遞行業(yè)消耗的包裝箱總量約86億個(gè)，但是我國(guó)快遞包裝材料的總體回收率不到20%，只有發(fā)達(dá)國(guó)家一半左右，快遞包裝成了不小的污染源。在日常生活中，每個(gè)人將紙板直接扔進(jìn)垃圾箱是很平常的事情，如何循環(huán)利用廢棄瓦楞紙板值得我們深入思考。在本研究中，鑒于瓦楞紙板具有特殊的結(jié)構(gòu)（鋸齒形折疊結(jié)構(gòu)夾于兩個(gè)平行平面之間），科研人員通過直接碳化和環(huán)氧涂層增強(qiáng)的方式設(shè)計(jì)和制備了高性能碳化瓦楞紙板（CCB）作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)電磁屏蔽材料（如圖2），密度僅為約0.07-0.17g/cm3的CCB樣品具有優(yōu)異的電磁屏蔽效能（約46.0-82.0dB）和比屏蔽效能（約325-1171dB/(g/cm3)），而屏蔽性能跟CCB碳化溫度或結(jié)構(gòu)類型密切相關(guān)。進(jìn)一步地，科研人員在CCB表面上進(jìn)一步構(gòu)建了超薄石墨烯皮層，以達(dá)到降低碳化溫度并保持電磁屏蔽性能的效果，為節(jié)能提供了一種有效而簡(jiǎn)便的方法。相關(guān)結(jié)果已發(fā)表于國(guó)際期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, 7, 18718-18725。

圖1 中空多孔碳管陣列（SCAs）用于高效電磁屏蔽

圖2 高性能碳化瓦楞紙板（CCB）用于高效電磁屏蔽

上述SCA或CCB電磁屏蔽材料與以前報(bào)道的其他碳泡沫材料相比表現(xiàn)出更加優(yōu)異的屏蔽性能，說明這些結(jié)構(gòu)對(duì)輕質(zhì)和高性能屏蔽材料的制備具有很重要的參考意義。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（51603218、51573202），寧波市2025重大科技專項(xiàng)（2018B10054）和寧波市自然科學(xué)基金（2018A610004）的大力資助。