随着通信技术和便携式柔性电子产品的快速发展，电磁辐射和热积累问题日益突出，显著威胁着周围电子设备的正常运行和人体健康。因此，开发具有高电磁干扰屏蔽性能和优异防火安全性的柔性电磁屏蔽材料显得尤为紧迫。碳化纺织品因其优良的柔性、轻量化、高导电性、热稳定性和化学稳定性等，在电磁屏蔽、储能、吸附和热转换等领域展现出广泛的应用前景。然而，传统制备方法通常需要在高温惰性气氛中处理数小时甚至十几小时，这不仅导致高能耗，还延长了生产周期并增加了操作复杂性，显然与当前倡导的低碳环保理念相悖，并限制了其广泛应用。因此，在空气气氛下实现快速碳化制备碳化纺织品的挑战亟待克服。
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浙江理工大学戚栋明教授、张艳副教授团队，在研究膨胀型阻燃剂改性棉织物在燃烧过程中的气相隔绝作用和凝聚相成炭定型作用基础上，调控复配膨胀型阻燃剂（丝胶蛋白、尿素与聚磷酸铵）并引到棉织物中。在900°C的空气气氛下仅需5分钟碳化处理，便可成功制备出具有高导电性能（24.42Ω/sq）的柔性碳化棉织物，并实现了17.55 dB的电磁屏蔽效能（制备流程如Scheme 1所示）。同时，通过原位生长聚吡咯（PPy）于碳化织物表面，可以通过调节生长时间来调控材料的电磁屏蔽性能，实现双重导电网络屏蔽机制。实验结果显示，堆叠4层IFR-C-PPy-60 min可以将电磁屏蔽性能提高至51.84 dB（商用>20 dB），实现99.999%的电磁波衰减（如Figure 2所示）。此外，该材料还展示出优异的防火安全性和热稳定性，在火焰场景下可持久保护其屏蔽功能（如Figure 3所示）。这项新方法为在空气氛围下快速大规模制造高效导电碳化织物提供了解决方案，同时在柔性电子设备中具有潜在应用。
Scheme 1. The preparation procress of IFR-C-PPy.
Figure 2. SET values of IFR-C-PPy with different stacking layers (a); The average SER, SEA and SET values of IFR-C-PPy with different stacking layers (b); Plots of the average power coefficient for IFR-C-PPy with different stacking layers (c); The dissipative mechanism of EMW inside IFR-C-PPy (d).
Figure 3. Fire resistance of IFR-C-PPy (a1-a4); Normal display of Tesla coils (b). Images of EMI shielding of a Tesla coil with IFR-C-PPy before burning (c). Images of EMI shielding of a Tesla coil with IFR-C-PPy after burning (d).
在这项研究中，通过利用复配膨胀型阻燃体系的快速释放难燃性气体和形成的炭层组织，在棉织物基底的热解过程中创造了一种微惰性环境，实现了在高温空气气氛下数分钟内制备碳化织物的突破。这种创新方法有效地解决了传统生物炭制备过程中高能耗和高耗时的问题。在此基础上，通过原位生长聚吡咯，在碳化织物基础上构建双层导电网络结构，实现了电磁屏蔽性能的可调控制。此外，复合材料还表现出出色的热稳定性和防火性，使其作为宽带、高效、环保和稳定的电磁屏蔽材料具有巨大的潜力。该研究成果在浙江省第十八届挑战杯黑科技比赛中荣获省赛金奖，并以“Polypyrrole-decorated carbonized cotton fabric derived from air atmosphere for tunable electromagnetic interference shielding performance and high fire safety”为名发表于《Cellulose》（2024，Volume 31, pages 9215–9232），浙理工博彩网站推荐
博士生陆嘉渔为文章的第一作者，戚栋明教授、张艳副教授为通讯作者。该工作受到国家自然科学基金（No. 52203105）、浙江省自然科学基金（No.LQ22E030007）的资助和支持，特此感谢。
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//link.springer.com/article/10.1007/s10570-024-06150-x
