世界上最轻的电磁屏蔽材料
电动机和电子设备会产生电磁场，为了不影响邻近的电子元件或信号的传输，有时必须屏蔽电磁场。高频电磁场只能用四面封闭的导电外壳屏蔽。通常情况下，薄金属片或金属化箔片用于电磁屏蔽材料。然而，对于许多应用来说，这样的屏蔽层太重或对特定形状的适应性太差。理想的解决方案将是找到具有极高屏蔽效率的轻便，柔性和耐用的材料。
防电磁辐射气凝胶
目前，由Zhihui Zeng和Gustav Nyström领导的研究团队已经在电磁屏蔽材料领域取得了突破。研究人员以纳米纤维作为气凝胶的基础，这种气凝胶是一种轻质多孔材料。纤维素纤维是从木材中获得的，由于其化学结构，可以进行广泛的化学修饰。因此，它们是一个非常受欢迎的研究对象。对这些纤维素纳米纤维进行加工和改性的关键因素是能够以定制方式产生一定的微结构，这些结构和性能之间的关系正是Nyström团队在瑞士联邦材料科学与技术实验室（EMPA）的研究领域。
研究人员成功地生产出了纤维素纳米纤维和银纳米线的复合材料，从而制造出了超轻精细结构，对电磁辐射有很好的屏蔽作用。这种材料的效果令人印象深刻：密度仅为每立方厘米1.7毫克银增强纤维素气凝胶在高分辨率雷达辐射的频率范围内（8至12GHz）实现了超过40分贝的屏蔽效果，换句话说，实际上，该频率范围内的所有辐射都会被该材料拦截。
冰晶控制形状
对屏蔽效果起决定性作用的不仅是纤维素和银线的正确组成，还有材料的孔隙结构。在孔隙内，电磁场来回反射，并额外触发复合材料中的电磁场，从而抵消入射场。为了制造出具有最佳尺寸和形状的孔，研究人员将材料倒入预冷模具中，让其慢慢冻结。冰晶的生长为阻尼场创造了最佳孔隙结构。
通过这种制作方法，甚至可以指定不同空间方向的阻尼效果。如果材料在模具中自下而上地冻结，那么在垂直方向上的电磁阻尼效果就会减弱。在水平方向（即垂直于冻结方向）上，阻尼效果得到了优化。以这种方式铸造的屏蔽结构具有很高的柔韧性：即使来回弯曲一千次之后，阻尼效果实际上与原始材料相同。通过在复合材料中加入更多或更少的银纳米线，以及通过浇铸气凝胶的孔隙率和浇铸层的厚度，甚至可以轻松调节所需的吸收率。
世界上最轻电磁屏蔽材料
在另一个实验中，研究人员从复合材料中去除了银纳米线，并将其纤维素纳米纤维与二维碳化钛纳米板连接，该二维纳米板是使用特殊蚀刻工艺制成的。纳米板的作用就像硬的“砖头”，与由纤维素纤维制成的柔性“砂浆”结合在一起。这种组合也是以冷却形式定向冷冻的。相对于材料重量，没有其他材料能达到这样的屏蔽效果。这使碳化钛纳米纤维素气凝胶列为迄今为止世界上最轻的电磁屏蔽材料。
两篇论文详细介绍了这项研究，分别发表在《ACS Nano》和《Advanced Science》上。
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