东莞市欧力特特殊线带有限公司

电磁干扰（EMI）屏蔽技术在航空航天、国防及可穿戴电子设备等领域至关重要。石墨烯和碳纳米管（CNTs）等碳烯材料凭借卓越的电学与力学性能，成为EMI屏蔽的理想候选材料。然而，将这些纳米材料均匀集成到不同纤维基底上的可扩展策略仍存在局限。研究提出一种基于维度工程的序列组装策略，利用二维石墨烯与一维碳纳米管的互补几何结构，在任意纤维表面构建出贴合紧密且坚固的涂层。该研究强调维度在引导液相纳米材料组装过程中的关键作用。所得石墨烯/碳纳米管涂层芳纶纤维（GCAFs）展现出高导电性和机械强度。经织造制成织物后，其平均电磁干扰屏蔽效能达85.88分贝，并在恶劣环境下保持性能稳定。该策略攻克了功能性纤维制造的核心难题，为开发轻质柔性高性能电磁屏蔽纺织品及复合材料提供了可扩展且普适的解决方案。

图1. 碳烯材料在芳纶纤维上进行尺寸工程组装的示意图，以增强电磁干扰防护效果。

图2. GCAFs 的特性描述（A）GCAF 的照片。（B）GCAF 的扫描电子显微镜图像。左侧的插图展示了 GCAF 剖面的扫描电子显微镜图像。（C）AF、G2 和 G2/C6 的拉曼光谱。（D）G1 的扫描电子显微镜图像。（E）G2 的扫描电子显微镜图像。（F）G2/C6 的扫描电子显微镜图像。（G）不同 GCAFs 的电子传输机制。G1、G2 和 G2/C6 分别代表一次石墨烯浸涂循环后的 AF、两次石墨烯浸涂循环后的 AF 以及两次石墨烯浸涂循环后接着进行六次碳纳米管浸涂循环后的 AF。

图3. GCAF 的电学和机械性能（A）不同纤维的电导率。（B）使用不同涂层方法制备的纤维的电导率比较。（C）经过 8 次涂层循环后不同纤维的标准化电导率。（D）不同纤维的应力-应变曲线。（E）不同纤维的杨氏模量和韧性比较。（F）不同碳纤维复合材料纤维和 GCAF 的电导率与拉伸强度的比较。详情请见表 S1。

图4. GCAFF 的特性及其电磁干扰屏蔽性能的描述（A）GCAFF 的照片。（B）GCAFF 的扫描电子显微镜图像。（C）GCAFF 的电阻率分布图。（D）8.2 - 12.4 GHz 频段下不同织物的电磁干扰屏蔽性能测试结果。（E）由 1 - 3 层组成 G2/C6 织物的电磁干扰屏蔽性能测试结果。（F）不同织物的屏蔽效能。（G）不同织物的平均屏蔽性能、屏蔽效能指数和屏蔽效率。（H）不同织物的功率系数 A、R 和 T 值。（I）在 4 - 40 GHz 频段内不同电阻率的 GCAFF 的电磁干扰屏蔽性能测试结果。

图5. GCAFF 在恶劣条件下的电气、电磁干扰屏蔽、机械和电加热性能（A）燃烧 60 秒后，片电阻会发生变化。（B）清洗 12 次后，片电阻会发生变化。（C）弯曲和扭转 200 次后，片电阻会发生变化。（D）不同燃烧时间后的 EMI 衰减值。（E）不同清洗时间后的 EMI 衰减值。（F）不同弯曲和扭转时间后的 EMI 衰减值。（G）燃烧、清洗、弯曲和扭转后 GCAF 纱线的特定拉伸强度和模量。（H）在不同电压下 GCAFF 的时间相关温度变化。（I）180°弯曲后 GCAFF 电热装置的红外图像。

综上所述，我们提出一种尺寸工程策略，通过简便的湿化学方法在各类高性能纤维基底上制备具有卓越机械稳定性和可调导电性的通用碳烯涂层。该涂覆工艺包括：先将二维石墨烯纳米片沉积于纤维表面形成层状基底，再施加一维碳纳米管包裹并压缩石墨烯，确保实现完整的sp²碳覆盖。采用该策略，通过在AF纤维上涂覆石墨烯与碳纳米管，成功制备出高强度（5.92GPa）与高导电性（641.47 S/cm）的GCAF复合材料。该设计中，碳纳米管作为导电桥接结构连接石墨烯片层，形成连续稳定的三维导电网络。该独特结构使GCAFF在X波段实现高达48.64 dB的卓越电磁屏蔽效能（单层厚度仅0.42毫米），同时在多种环境条件下保持高耐久性。这些发现为大规模生产兼具高强度、优异导电性及卓越环境稳定性的轻质结构功能集成电磁屏蔽织物提供了重要启示。

文献：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102427