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齐乐华教授为通讯作者、材料学院博士生马媛为第一作者的文章《Increased electromagnetic interference shielding and load bearing with a three-dimensional pristine graphene@pyrocarbon skeleton in AZ91D》在Nature子刊《Nature Communications》上发表。该文报道了团队在石墨烯增强镁基复合材料电磁屏蔽-力学性能研究方面取得的新进展。
原文链接：//doi.org/10.1038/s41467-025-68266-3
航空航天等领域对轻量化、小型化、集成化电子设备的需求日益扩大使得材料向着多功能的方向发展，兼具优异电磁屏蔽和力学性能的轻质材料成为目前发展的重要方向。石墨烯增强镁基复合材料具有轻质、高比强度和优异的导电性等优点，在航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而，目前关于石墨烯增强镁基复合材料的研究所采用的增强体大多为氧化石墨烯和还原氧化石墨烯，存在增强体缺陷较多、石墨烯在镁基体中未形成良好的三维连通性、浸渗挤压制备成镁基复合材料难度大等问题，这就导致复合材料电磁屏蔽-力学等综合性能协同提升受限。
文章创造性地提出了一种“3D骨架预构建-浸渗填充”的新策略。首先采用气泡诱导自组装法构建三维网络结构本征石墨烯（PG）预制体；然后在PG表面原位生长热解碳（PyC）以提升预制体的骨架强度，可以抵御复合材料制备过程中熔融镁合金的浸渗压力；最后采用液固浸渗挤压法消除石墨烯-镁基体之间的界面缺陷，复合材料中仍保留预制体的三维连通骨架结构（图1）。石墨烯-镁基体界面处构筑的PyC-MgO纳米界面相显著提升了石墨烯和镁合金之间的力-电传输效率。在三维连通PG@PyC传导网络、PyC-MgO纳米异质界面等共同作用下，液固浸渗挤压法制备的三维连通石墨烯增强镁基复合材料实现了电磁屏蔽与力学性能的协同提升，电磁屏蔽效能高达76.70 dB（图2），抗压强度与未沉积PyC的复合材料相比提升了58.62%。复合材料在保证具有一定力学性能的基础上具有优异的电磁屏蔽性能，展现出优异的综合性能与应用潜力，有望为新一代航空航天飞机、卫星、雷达等电子元件在复杂严苛环境下稳定运行，提供新的技术路径。
图1 PG和PG@PyC预制体，PG/AZ91D和PG@PyC/AZ91D复合材料的微观形貌
图2 三维连通石墨烯增强镁基复合材料电磁屏蔽性能及其作用机理
