如今，电子设备越来越多地应用于人们生活和工作的方方面面。然而，不仅电子设备运行过程中产生的电磁辐射可给人类健康带来不良影响，各设备间的信号交错也会造成相互干扰，进而影响工作性能。比如，手机、笔记本电脑的 Wi-Fi 信号，甚至厨房搅拌机的信号都可能导致电视屏幕上产生静电；乘客需要在飞机起飞和着陆期间关闭手机及其他电子设备，以避免对飞机导航系统的信号造成干扰……如果可以避免这些情况发生，电子设备的发展将更加“纯净”。对此，人们正在寻找一种轻重量的、且可大规模生产的材料来“阻隔”电磁辐射对人类和电子设备的不利影响。近期，美国加利福尼亚大学河滨分校（University of California, Riverside，简称 UCR）的研究人员开发出一种一维纳米材料制成的柔性薄膜，可有效屏蔽电磁辐射。相关论文以《可高效屏蔽赫兹、亚太赫兹频段电磁辐射的准一维材料绝缘柔性薄膜》（Electrically Insulating Flexible Films with Quasi1D van der Waals Fillers as Efficient Electromagnetic Shields in the GHz and SubTHz Frequency Bands）为题发表在 Advanced Materials 上。

图 | 柔性薄膜（来源：Advanced Materials）

如上图所示，研究人员研发的这款柔性薄膜膜体为黑色，该薄膜由剥离的 TaSe3 和特殊的聚合物合成，整体绝缘、并可有效屏蔽电磁干扰。其实在很早之前，研究人员就已觉察到相隔不远的电子设备之间会因彼此信号交错而相互干扰，并且也开发了能够减弱这种影响的材料。但随着电子设备逐渐应用于更多基础服务当中，设备本身也向小型化、无线化发展。更多的电子设备意味着人们将遭受更多的电磁辐射，电子设备间的干扰也将增多，这进一步提高了电磁辐射屏蔽材料的要求，而此前的电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）屏蔽材料用来应对当今的需求已略显吃力。此次研究的参与者 UCR 伯恩斯工程学院电气和计算机工程教授 Alexander A. Balandin 表示 ：“这款重量轻、耐腐蚀、成本低廉且绝缘的柔性薄膜将有助于减少高频通信中电磁辐射和信号干扰现象。” 据了解，用于电子设备中非工作零件，绝缘是保证设备正常运行应具备的最基本性质，而该材料恰符合此要求。具体来看，此次研究中，Balandin 及其小组成员用准一维范德华材料作为原料之一开发出一种电磁辐射屏蔽材料。这种复合材料能屏蔽千兆赫兹和亚太赫兹频率范围内的电磁辐射，且该材料本身绝缘，这将优化今后高频电子通信的使用效果并减少电磁辐射对人体的伤害。此前，研究人员们更多地聚焦在外力作用下能够轻松剥离的二维范德华材料上，石墨烯就是其中的一个典型代表。二维范德华材料层内以强的共价键或离子键结合，而层间由较弱的分子间作用力耦合在一起，也正是因为这种特点，它的层与层之间较易剥离。而本次研究中使用的一维范德华材料则是由原子间强作用力结合而成，外力作用下，这种材料将剥离为针状的一维结构。研究小组成员 Zahra Barani 和 Fariboz Kargar 利用二维层状过渡金属三卤化物 TaSe3 填充特殊聚合物制成了一种具有类似于针状的一维晶体结构的分层独特的范德华材料，这种剥离后的状态为针状，即长度远远大于宽度。研究人员通过化学工艺用这种一维材料合成可有效屏蔽电磁干扰的薄膜。Kargar 说，“该膜的电磁屏蔽效果和 TaSe3 的长宽比相关。长宽比越高，则屏蔽电磁所需的填充物浓度越低。这将有助于减轻材料的重量并提高形状的灵活性。” 他认为，如果能够掌握恰当的长宽比，TaSe3 将十分有助于屏蔽 EMI。Barani 补充道，“最终，我们找到了这种复合材料用于屏蔽电磁辐射的合适比例，并测量了其抗电磁干扰性能。结果显示：这款微米级厚度薄膜的电磁屏蔽率超过 99.99%。” 论文中还进一步提到，该种柔性薄膜的制备工艺简单并可进行大规模生产目前，对一维范德华材料及其复合材料的研究才刚刚开始，不过 Barani 坚信，该种材料不久就会像二维材料一样得到广泛应用。