对称Fe3O4/PEDOT:PSS/Fe3O4三明治结构实现高性能吸收主导型绿色电磁干扰屏蔽

《Surfaces and Interfaces》：Symmetric Fe 3O 4/PEDOT:PSS/Fe 3O 4 sandwich layers for high performance absorption-dominated electromagnetic interference shielding

本文报道了一种基于对称Fe3O4/PEDOT:PSS/Fe3O4三明治结构的高性能、吸收主导型绿色电磁干扰（EMI）屏蔽材料。该设计通过两侧磁性层实现阻抗匹配，中间导电层进行电磁波反射与介电损耗吸收，实现了对入射与出射电磁波的双向、吸收式屏蔽（SET ~32 dB, gs ~10），突破了传统不对称结构的方向依赖性限制，为解决电磁污染与信息泄漏问题提供了新策略。

　　

Highlight

材料

三氯化铁六水合物（FeCl₃?6H₂O）购自杜山化学（韩国）。丙酮、甲苯、乙醇和N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP, >99.5 %）购自韩国三纯。水合肼（N₂H₄·H₂O, ≥98 %）和聚偏氟乙烯（PVDF）购自韩国赛默飞世尔科技。聚乙烯醇（PVA, 分子量 89,000）和弹性体苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯（SEBS, 分子量 89,000）购自韩国西格玛奥德里奇。聚醚改性

β-FeOOH纳米纺锤体、α-Fe₂O₃（赤铁矿）和Fe₃O₄（磁铁矿）的合成

我们选择了通过化学还原将β-FeOOH纳米纺锤体转化为磁性Fe₃O₄的路线，用于电磁干扰（EMI）应用。因此，第一步是简便地合成β-FeOOH纳米纺锤体。尽管β-FeOOH纳米纺锤体的合成长期以来一直用于各种应用[53]，但我们开发了一种非常简单的合成方法。将三氯化铁六水合物（FeCl₃·6H₂O）与去离子水和丙酮混合，然后在50 °C下以1000 rpm的转速搅拌超过3小时。

结论

在这项工作中，我们展示了具有磁性-导电-磁性对称三明治结构的高性能吸收主导型电磁干扰（EMI）屏蔽系统。为了制备阻抗匹配的磁性层，通过化学还原β-FeOOH制备了Fe₃O₄纳米颗粒，而β-FeOOH本身是通过简单的水热法合成的，无需使用表面活性剂或控制合成过程中的pH值。将Fe₃O₄与聚合物PVDF复合作为磁性吸收层，而PEDOT:PSS则作为中心导电层。这种对称结构使得电磁波无论从顶部还是底部入射，都能经历多次吸收-反射-再吸收过程，从而实现高效衰减。该系统表现出优异的屏蔽效能（SE_T）约为32 dB，绿色电磁干扰指数（g_s）约为10。更重要的是，这种对称设计提供了与电磁波入射方向无关的屏蔽性能，使其能够有效保护组件免受外部电磁波干扰，同时防止组件自身产生的电磁波造成污染。因此，这种对称三明治结构代表了一种真正的“绿色”电磁干扰屏蔽解决方案。