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Flexible Multilayered Poly(vinylidene fluoride)/Graphene-Poly(vinylidene fluoride) Films for Efficient Electromagnetic Shielding
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2023-04-17 , DOI: 10.1021/acsanm.3c00574 Jiale Fang 1 , Chengqi Chen 1 , Hongxing Qi 1 , Jie Zhang 1 , Xiaoxuan Hou 1 , Likun Pan 1 , Xianghui Wang 1
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2023-04-17 , DOI: 10.1021/acsanm.3c00574 Jiale Fang 1 , Chengqi Chen 1 , Hongxing Qi 1 , Jie Zhang 1 , Xiaoxuan Hou 1 , Likun Pan 1 , Xianghui Wang 1
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Developing flexible electromagnetic interference shielding (EMI SE) materials is an effective strategy to protect humans from being harmed by electromagnetic radiation from electronic devices. Though the EMI SE property of such materials as graphene can exceed 100 dB, it remains a challenge to achieve high-efficiency EMI SE performance while having excellent flexibility to allow them to be wearable. Herein, we designed theoretically and fabricated experimentally the flexible multilayer structure of the poly(vinylidene fluoride)/graphene-poly(vinylidene fluoride) (PVDF/GNP-PVDF) composite films. The experimental results show that the film thickness and layer number play an important role in determining the EMI SE performance, and the multilayer film with a thickness of 0.3 mm and a layer number of 6 exhibits not only high EMI SE performance (69.7 dB on average in X-band) but also excellent flexibility and stability (98.85% EMI SE retention after bending of 60° for 1000 cycles). The theoretical study via COMSOL software matching well with the experimental data reveals that multiple reflection and absorption of electromagnetic waves between layers is responsible for the high EMI SE performance of the PVDF/GNP-PVDF multilayer film at a relatively low thickness that ensures flexibility. This work highlights the significance of designing the multilayer architecture via theoretical simulation for improving the EMI SE performance and also demonstrates the high EMI SE application prospect of PVDF/GNP-PVDF films in wearable electronic devices.
中文翻译：
用于高效电磁屏蔽的柔性多层聚（偏二氟乙烯）/石墨烯-聚（偏二氟乙烯）薄膜
开发柔性电磁干扰屏蔽（EMI SE）材料是保护人类免受电子设备电磁辐射伤害的有效策略。虽然石墨烯等材料的EMI SE性能可以超过100 dB，但要实现高效的EMI SE性能，同时具有出色的柔韧性以使其可穿戴，仍然是一个挑战。在此，我们从理论上设计并通过实验制造了聚偏氟乙烯/石墨烯-聚偏氟乙烯 (PVDF/GNP-PVDF) 复合薄膜的柔性多层结构。实验结果表明，薄膜厚度和层数对EMI SE性能起着重要的决定作用，厚度为0.3 mm、层数为6的多层薄膜不仅表现出较高的EMI SE性能（69. X 波段平均 7 dB），而且具有出色的灵活性和稳定性（弯曲 60° 1000 次后保持 98.85% EMI SE）。通过 COMSOL 软件与实验数据相匹配的理论研究表明，层间电磁波的多次反射和吸收是 PVDF/GNP-PVDF 多层膜在相对较低的厚度下具有高 EMI SE 性能的原因，可确保柔韧性。这项工作突出了通过理论模拟设计多层结构对于提高 EMI SE 性能的重要性，也展示了 PVDF/GNP-PVDF 薄膜在可穿戴电子设备中的高 EMI SE 应用前景。通过 COMSOL 软件与实验数据相匹配的理论研究表明，层间电磁波的多次反射和吸收是 PVDF/GNP-PVDF 多层膜在相对较低的厚度下具有高 EMI SE 性能的原因，可确保柔韧性。这项工作突出了通过理论模拟设计多层结构对于提高 EMI SE 性能的重要性，也展示了 PVDF/GNP-PVDF 薄膜在可穿戴电子设备中的高 EMI SE 应用前景。通过 COMSOL 软件与实验数据相匹配的理论研究表明，层间电磁波的多次反射和吸收是 PVDF/GNP-PVDF 多层膜在相对较低的厚度下具有高 EMI SE 性能的原因，可确保柔韧性。这项工作突出了通过理论模拟设计多层结构对于提高 EMI SE 性能的重要性，也展示了 PVDF/GNP-PVDF 薄膜在可穿戴电子设备中的高 EMI SE 应用前景。
更新日期：2023-04-17
中文翻译：
用于高效电磁屏蔽的柔性多层聚（偏二氟乙烯）/石墨烯-聚（偏二氟乙烯）薄膜
开发柔性电磁干扰屏蔽（EMI SE）材料是保护人类免受电子设备电磁辐射伤害的有效策略。虽然石墨烯等材料的EMI SE性能可以超过100 dB，但要实现高效的EMI SE性能，同时具有出色的柔韧性以使其可穿戴，仍然是一个挑战。在此，我们从理论上设计并通过实验制造了聚偏氟乙烯/石墨烯-聚偏氟乙烯 (PVDF/GNP-PVDF) 复合薄膜的柔性多层结构。实验结果表明，薄膜厚度和层数对EMI SE性能起着重要的决定作用，厚度为0.3 mm、层数为6的多层薄膜不仅表现出较高的EMI SE性能（69. X 波段平均 7 dB），而且具有出色的灵活性和稳定性（弯曲 60° 1000 次后保持 98.85% EMI SE）。通过 COMSOL 软件与实验数据相匹配的理论研究表明，层间电磁波的多次反射和吸收是 PVDF/GNP-PVDF 多层膜在相对较低的厚度下具有高 EMI SE 性能的原因，可确保柔韧性。这项工作突出了通过理论模拟设计多层结构对于提高 EMI SE 性能的重要性，也展示了 PVDF/GNP-PVDF 薄膜在可穿戴电子设备中的高 EMI SE 应用前景。通过 COMSOL 软件与实验数据相匹配的理论研究表明，层间电磁波的多次反射和吸收是 PVDF/GNP-PVDF 多层膜在相对较低的厚度下具有高 EMI SE 性能的原因，可确保柔韧性。这项工作突出了通过理论模拟设计多层结构对于提高 EMI SE 性能的重要性，也展示了 PVDF/GNP-PVDF 薄膜在可穿戴电子设备中的高 EMI SE 应用前景。通过 COMSOL 软件与实验数据相匹配的理论研究表明，层间电磁波的多次反射和吸收是 PVDF/GNP-PVDF 多层膜在相对较低的厚度下具有高 EMI SE 性能的原因，可确保柔韧性。这项工作突出了通过理论模拟设计多层结构对于提高 EMI SE 性能的重要性，也展示了 PVDF/GNP-PVDF 薄膜在可穿戴电子设备中的高 EMI SE 应用前景。
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