瑞士联邦材料科学与技术实验室 Empa制造的电磁屏蔽材料样品——由纤维素纳米纤维和银纳米线组成的复合材料
信用:Empa 电动机和电子设备会产生电磁场，为了不影响邻近的电子元件或信号的传输，有时必须屏蔽电磁场
高频电磁场只能用四面封闭的导电外壳屏蔽
为此，通常使用薄金属片或金属化箔
然而，对于许多应用来说，这种屏蔽太重或者对于给定的几何形状适应性太差
理想的解决方案是一种轻质、柔韧、耐用的材料，具有极高的屏蔽效能
抗电磁辐射气凝胶 曾志辉和古斯塔夫·尼斯特伦领导的研究小组在这一领域取得了突破
研究人员正在使用纤维素纳米纤维作为气凝胶的基础，气凝胶是一种轻质、高度多孔的材料
纤维素纤维是从木材中获得的，由于其化学结构，能够进行广泛的化学改性
因此，它们是非常受欢迎的研究对象
这些纤维素纳米纤维的加工和改性的关键因素是能够以确定的方式产生特定的微结构，并解释所获得的效果
这些结构和性质之间的关系正是尼斯特罗姆团队在Empa的研究领域
研究人员已经成功地生产了纤维素纳米纤维和银纳米线的复合材料，从而创造了超轻的精细结构，提供了对电磁辐射的优异屏蔽
这种材料的效果令人印象深刻:密度仅为1
7毫克每立方厘米，银增强的纤维素气凝胶在高分辨率雷达辐射(8至12千兆赫)的频率范围内实现了超过40分贝的屏蔽——换句话说:几乎该频率范围内的所有辐射都被该材料拦截
冰晶控制形状 不仅纤维素和银丝的正确组成对屏蔽效果起决定性作用，而且材料的孔结构也起决定性作用
在孔隙内，电磁场被来回反射，并且另外触发复合材料中的电磁场，该电磁场抵消入射场
为了产生最佳大小和形状的孔，研究人员将材料倒入预冷却的模具中，让它慢慢冻结
冰晶的生长创造了阻尼磁场的最佳孔隙结构
利用这种生产方法，甚至可以在不同的空间方向上指定阻尼效应:如果材料从底部到顶部在模具中冻结，则电磁阻尼效应在垂直方向上较弱
在水平方向，我
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垂直于冻结方向-阻尼效果得到优化
以这种方式铸造的屏蔽结构非常灵活:即使来回弯曲一千次，阻尼效果实际上与原始材料相同
通过向复合材料中添加更多或更少的银纳米线，以及通过铸造气凝胶的孔隙率和铸造层的厚度，甚至可以容易地调节期望的吸收
世界上最轻的电磁屏蔽 在另一个实验中，研究人员从复合材料中取出银纳米线，并将它们的纤维素纳米纤维与碳化钛的二维纳米片连接起来，碳化钛是通过特殊的蚀刻工艺制成的
纳米板的作用就像用纤维素纤维制成的柔性“砂浆”连接在一起的坚硬“砖块”
该制剂也以目标方式冷冻成冷却形式
相对于材料的重量，没有其他材料可以实现这种屏蔽
这使得碳化钛纳米纤维素气凝胶成为迄今为止世界上最轻的电磁屏蔽材料
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