浙大高超教授团队实现高温稳定高导电石墨烯膜，可用于电磁屏蔽防护

本文亮点

• （1）制备了低密度、结构均匀的氯化铜（CuCl₂）掺杂石墨烯膜（GF），证实了其导电率可达到1.09×10⁷ S/m，比导电率超过大部分金属材料。

• （2）解决了掺杂石墨烯材料温度稳定性差的难题，发现了GF-CuCl₂的温阻系数仅有4.31×10^-4 K^-1，热稳定性可达到400 ℃，可长时间在200 ℃环境中工作使用，导电率基本维持不变；通过DFT计算揭示了其高温稳定性的原理。

• （3）证明了35 μm掺杂石墨烯膜的电磁屏蔽效能可达到126 dB，在相同的厚度下其屏蔽性能高于大多数文献报道的材料；且发现此材料在超低温、高温及腐蚀性环境中都可保持性能稳定。 

浙江大学高分子系高超教授、许震研究员、刘英军副研究员团队，利用氯化铜作为掺杂剂，实现了低密度、高柔性、耐高温、高导电掺杂石墨烯膜材料的制备。相比于纯石墨烯膜，其载流子浓度、载流子迁移率均有所提高，比导电率超过大部分金属。此外，掺杂石墨烯膜具有极高的电磁屏蔽效能，在高低温、腐蚀性等极端环境中都可稳定使用。

图1 (A) GF-CuCl₂的制备示意图。(B) GF-CuCl₂的结构示意图。GF的晶格结构 (C) 和电子衍射 (D)。(E-F) GF-CuCl₂的高分辨TEM图。

图2 GF 和GF-CuCl₂的XPS (A)，XRD (B)及Raman (C)光谱表征。(D-G) GF-CuCl₂的表面形貌及元素成像。(H-K) GF-CuCl₂的断面形貌及元素成像。

图3 (A) GF和GF-CuCl₂的功函数对比。(B) GF和GF-CuCl₂导电率与温度之间的依赖关系。(C) GF和GF-CuCl₂导电率比较图。(D) GF-CuCl₂和金属导体的比导电率对比。

图4 (A) GF-CuCl₂和GF-MoCl₅的热失重分析对及DFT结合能计算。(B) GF-CuCl₂导电率与温度和时间的关系曲线。在200℃下长时间处理，GF-CuCl₂ (C) 和GF-MoCl₅ (D) 的导电率对比及经过12h热处理前后，GF-CuCl₂和GF-MoCl₅的截面形貌对比。

图5 (A) GF和GF-CuCl₂的电磁屏蔽性能。GF-CuCl₂在200 ℃ 高温(B)、超低温的液氮 (C) 和浸泡溶剂 (D)后的电磁屏蔽性能对比。(E) GF-CuCl₂经弯折循环之后的电磁屏蔽性能对比。（F）电磁屏蔽材料性能比较。

该工作在高超教授团队前期积累和前人经验总结的基础上完成（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）。

相关成果以“Highly conductive graphene film with high-temperature stability for electromagnetic interference shielding”为题发表在Carbon（Doi: 10.1016/j.carbon.2021.04.027）。论文的第一作者为高超团队的博士生庞凯和博士后刘晓婷。该论文得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江大学百人计划等相关经费的资助。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008622321004085

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