科學家在石墨烯膜超材料電磁屏蔽操控研究上取得突破

近日，武漢理工大學何大平教授團隊在石墨烯膜超材料電磁屏蔽操控研究中取得創新性突破。該研究將經典電磁等效電路理論從傳統金屬材料拓展至具有微觀結構的先進碳材料，并基于石墨烯膜開發出具有優異性能的電磁屏蔽操控系列超材料。相關研究成果發表于《自然·通訊》。

通信技術的快速發展帶來了顯著的電磁輻射污染，對電子設備和人類健康構成威脅，電磁屏蔽因此變得極為重要。然而，傳統電磁屏蔽材料因其固定的屏蔽效能以及材料適應性的局限，越來越難以應對復雜多變的應用場景，這推動了先進電磁屏蔽材料的研發。

基于團隊前期在激光誘導石墨烯電磁超表面、定向碳纖維電磁操控材料等方面的研究，研究團隊創新性地開發出一種高導電石墨烯膜超材料，能夠實現電磁屏蔽效能的極化操控。通過將等效電路理論推廣至碳基材料，僅通過簡單的旋轉操作即可實現屏蔽效能“開”和“關”狀態之間的連續切換。

設計示意圖。武漢理工大學供圖

為進一步擴大屏蔽效能的操控范圍，研究團隊將碳纖維與石墨烯膜超材料復合，通過采用兩者平行與垂直兩種排列模式，分別實現了極化差異的增強與全極化屏蔽。此項工作不僅將經典電磁等效電路理論成功擴展至先進碳材料體系，揭示了該類材料在電磁屏蔽中的作用機制與極化操控原理，更實現了極寬的極化差異操控范圍、極高的全極化屏蔽效率以及顯著的狀態切換效率跨度。

該成果為電磁響應的動態操控提供了新思路，為發展智能電磁屏蔽材料奠定了基礎，有望滿足未來復雜高保真電磁防護系統、自主偽裝裝置及智能生活環境的需求。