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

由于碳納米材料具有較高柔性、超高導電率及化學惰性等優點，使其在電磁防護等領域有著重要的應用潛力。其中，二維石墨烯的導電性能最為優異，可達到108 S/m，引起了廣泛的關注。然而，宏觀組裝石墨烯膜中石墨烯片層間存在強電子耦合效應，導致其僅僅只有~106 S/m的導電率。目前，利用化學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，已成為常用的策略。本組曾報道通過氯化鉬（MoCl5）插層石墨烯膜可顯著的提高其導電率達到1.73×107 S/m，且實現了在空氣中性能保持穩定。但是，在高溫環境中，MoCl5摻雜劑也極易從石墨烯層間脫除，從而導致石墨烯插層膜導電率嚴重降低，限制了其在許多極端環境中的電磁屏蔽應用。

本文亮點：

（1）制備了低密度、結構均勻的氯化銅（CuCl2）摻雜石墨烯膜（GF），證實了其導電率可達到1.09×107 S/m，比導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定性差的難題，發現了GF-CuCl2的溫阻系數僅有4.31×10-4 K-1，熱穩定性可達到400 ℃，可長時間在200 ℃環境中工作使用，導電率基本維持不變；通過DFT計算揭示了其高溫穩定性的原理。

（3）證明了35 μm摻雜石墨烯膜的電磁屏蔽效能可達到126 dB，在相同的厚度下其屏蔽性能高于大多數文獻報道的材料；且發現此材料在超低溫、高溫及腐蝕性環境中都可保持性能穩定。 

內容簡介：

浙江大學高分子系高超教授（共同通訊）、許震研究員（共同通訊）、劉英軍副研究員（共同通訊）團隊，利用氯化銅作為摻雜劑，實現了低密度、高柔性、耐高溫、高導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、腐蝕性等極端環境中都可穩定使用。

圖1 （A） GF-CuCl2的制備示意圖。（B） GF-CuCl2的結構示意圖。GF的晶格結構 （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的功函數對比。（B） GF和GF-CuCl2導電率與溫度之間的依賴關系。（C） GF和GF-CuCl2導電率比較圖。（D） GF-CuCl2和金屬導體的比導電率對比。

圖4 （A） GF-CuCl2和GF-MoCl5的熱失重分析對及DFT結合能計算。（B） GF-CuCl2導電率與溫度和時間的關系曲線。在200℃下長時間處理，GF-CuCl2 （C） 和GF-MoCl5 （D） 的導電率對比及經過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經彎折循環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隊前期積累和前人經驗總結的基礎上完成（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）。相關成果以“Highly conductive graphene film with high-temperature stability for electromagnetic interference shielding”為題發表在Carbon（Doi: 10.1016/j.carbon.2021.04.027）。論文的第一作者為高超團隊的博士生龐凱和博士后劉曉婷。該論文得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、浙江大學百人計劃等相關經費的資助。