近年来，无线通信设备、便携式电子产品与高精度仪器的广泛应用显著提升了生产力与生活品质，但也引发了日益严重的电磁辐射污染与电磁干扰（EMI）问题。电磁干扰不仅影响通信系统与电子设备的正常运行，还可能因电磁波泄漏威胁信息安全和保密性；长期处于复杂电磁环境中亦可能带来潜在健康风险。因此，开发能够高效衰减空间电磁波的高性能电磁干扰屏蔽材料，已成为当前一项重要而紧迫的研究任务。
近日，浙江大学李拯研究员团队在期刊《Carbon》上，发表了最新研究成果“Lightweight graphene-copper core-shell nanofiber fabric for highly efficient electromagnetic interference shielding”。研究者通过静电纺丝和化学镀工艺，制备出超薄铜涂层石墨烯核壳纳米纤维织物（GNF@tCu）。该材料通过石墨烯/金属复合结构，同时获得了优异的柔韧性、低密度（0.53 g/cm3）和高导电性（3×104 S/m）。
此外，研究表明，基于三重界面结构的阻抗失配机制，使材料在X波段表现出卓越的电磁屏蔽效能（118 dB·cm3/g），性能远超现有纺织基材料。因此，GNF@tCu为下一代柔性电磁屏蔽材料与可穿戴设备的发展提供了新的解决方案。
图1：GNF@tCu的制备过程。
首先，采用静电纺丝技术制备具有三维互连网络结构的氧化石墨烯纳米纤维（GONF）。然而，纯氧化石墨烯（GO）液晶分散体因缺乏传统聚合物中的链缠结，可纺性较差。为此，在GO分散体中引入了超高分子量（~1×108 g/mol）的PAS作为增强相，显著改善了分散体的延展性，从而成功制备出GONF。随后，通过化学还原与氮掺杂处理，得到了兼具亲水性与导电性的石墨烯纳米纤维（GNF）。最终，在优化的化学镀工艺下，于GNF表面沉积了连续、均匀的纳米级铜层（~125 nm），整体样品呈现出典型的金属铜光泽。
图2：GNF@tCu的机械性能与电热效应。
测试表明，GNF@tCu凭借铜层与GNF形成的稳定界面，在保持柔韧性的同时，其弹性模量与抗拉强度均显著优于GNF。该材料同时展现出卓越的弯曲稳定性：在小弯曲半径（2.3 mm）及2000次循环测试中，ΔR/R0变化较小（分别仅为2.2%与0.73%），且未观察到明显结构损伤，电阻响应始终保持稳定。
不仅如此，GNF@tCu凭借其高导电性的特质，在低驱动电压下（≤1.2 V）实现了高效、稳定的焦耳热效应。该材料不仅具备超快的加热/冷却响应（可达秒级）与均匀的热分布，其加热速率更远超传统金属加热器。同时，优异的循环稳定性与高度线性的温度-电压响应关系，使其在便携式可穿戴领域展现出巨大潜力。
图3：GNF@tCu的EMI屏蔽效能
与传统金属屏蔽材料依赖反射主导的机制不同，GNF@tCu凭借其多孔织物结构，主要通过多次内部反射实现以吸收为主的电磁屏蔽（吸收贡献达66%），在3.94-18 GHz宽频范围内总屏蔽效能达50-68 dB。其卓越的性能源于低密度与高屏蔽效能的协同，厚度归一化屏蔽效能（SE/t）与商业铜丝网及原始GNF相比，分别高出123%和107%。优化后的材料在仅10分钟化学镀条件下即可形成连续导电层，实现性能与密度的最佳平衡，并展现出优异的长期环境稳定性（六个月后效能保持98%）。优异的环境稳定性与低电压驱动焦耳加热功能，为开发适用于极端环境的柔性、多功能屏蔽材料提供了新的解决方案。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.121061
人物简介：
李拯，浙江大学生物医学工程与仪器科学学院百人计划研究员，博士生导师。主要从事石墨烯等纳米碳材料的组装结构与功能应用研究，包括碳基电子皮肤与传感结构、功能纳米纤维光电突触器件等。在Science，Nature Communications，Chemical Reviews，ACS Nano等期刊发表论文 30 余篇，其中两篇 ESI 高被引论文，获得授权中国发明专利 5 项、美国专利 2 项和日本专利 1 项。入选国家级高层次青年人才，获得浙江省杰出青年科学基金资助，主持国家自然科学基金面上项目，参与浙江省自然科学基金创新群体子课题，曾获全国发明展览会“发明创业奖项目奖”金奖（第二完成人）。
