综述：电磁干扰屏蔽材料与技术的最新进展及全面综述

《Materials Today Physics》：Recent advances and comprehensive review of electromagnetic interference shielding materials and technologies

本文综述了毫米波频段下以吸收为主的电磁干扰屏蔽材料的研究进展，分析了多层结构、导电聚合物复合材料、碳基纳米材料及MXenes等新型材料的电磁特性与制备技术，探讨了环境稳定性、制造工艺及与现有电子系统集成的挑战，为开发轻质、柔性、高性能屏蔽材料提供方向。

　　随着电子设备的快速发展以及先进无线通信技术的普及，特别是毫米波（mmWave）频率的应用，控制电磁干扰（EMI）已成为一个重要的工程挑战。毫米波频段通常指30 GHz至300 GHz之间的频率范围，这一频段因其宽广的带宽和高速数据传输能力，正被广泛应用于第五代（5G）和第六代（6G）移动通信、汽车雷达、点对点无线连接等新兴技术领域。然而，这种技术的迅速发展也带来了前所未有的工程难题，尤其是在管理电磁干扰方面。电磁干扰不仅可能影响信号的完整性，还可能导致电子设备性能下降，甚至增加系统故障的风险。特别是在高密度集成的电子环境中，电磁干扰的控制变得更加关键。

传统的电磁屏蔽材料主要依赖于反射机制，这种机制虽然在一定程度上可以有效阻挡电磁波，但往往会导致二次干扰和信号衰减。此外，传统材料的物理限制、重量较大以及制造工艺复杂，也促使了对新型材料的需求。这些新型材料应主要通过吸收电磁能量来实现屏蔽效果，同时尽量减少反射。近年来，多层结构、导电聚合物复合材料、碳基纳米结构以及二维材料如MXenes等创新方法在电磁屏蔽性能的提升方面展现了良好的前景。

本综述系统地阐述了电磁屏蔽的基本原理和机制，特别关注毫米波频段下的表现。重点在于材料的电、磁和结构特性之间的相互作用，以实现优异的屏蔽效果、低反射率以及宽频带的电磁波吸收能力。同时，对多层结构、多孔框架、预制导电网络以及基于MXene的复合材料等先进制造技术进行了深入分析和评价。此外，还系统地评估了环境稳定性、工业制造兼容性以及与现有电子系统集成中的挑战。

在材料科学和电磁设计领域，最近的研究进展表明，通过合理的材料组成、微观结构设计和电磁特性优化，可以实现对毫米波频段的高效屏蔽。其中，多孔材料因其独特的结构特性，如超轻的重量、高度多孔的三维架构、良好的柔韧性、简便的加工方式以及环保性，被认为是下一代电磁屏蔽材料的重要平台。这些材料在阻抗匹配方面具有优势，可以实现低于10%的反射率，但通常需要几毫米的厚度才能达到足够的屏蔽效果，这在现代便携式电子设备中可能并不理想。

磁性材料则因其内在的磁损耗机制，为电磁波的吸收提供了另一种途径。然而，许多传统磁性材料受到Snoek极限的制约，其磁导率在30 GHz以上的频率范围内会显著下降，从而限制了它们在毫米波应用中的实用性。为了克服这一限制，近年来的研究重点转向了M型六角形铁氧体，如钡六角形铁氧体和锶六角形铁氧体。这些材料具有较高的磁晶各向异性和铁磁共振（FMR）频率，可以扩展到45 GHz以上，从而提升了其在毫米波频段的屏蔽性能。

通过战略性的掺杂和纳米结构设计，这些材料的电磁特性可以被调整以适应特定的毫米波频段，这在5G、汽车雷达和无线通信等应用中尤为重要。当这些材料与工程化的导电网格和碳基纳米材料相结合时，可以形成具有超低反射率、宽频带吸收能力和亚毫米厚度的复合结构，这是传统屏蔽技术难以实现的。尽管取得了这些进展，仍然存在一些关键的挑战。例如，如何实现复杂、多组分屏蔽薄膜的可扩展和低成本制造，特别是在大尺寸应用方面。此外，这些材料在湿气、热循环和机械应力下的环境稳定性也是一个重要的问题，因为许多先进材料在恶劣环境下可能会出现性能下降。同时，与现有设备结构的集成也需要进一步研究，以确保其与标准制造工艺的兼容性，并避免影响热管理和信号完整性。

在这一背景下，研究者们正在探索多种创新路径来解决上述问题。例如，Liu等人开发了一种新型界面调节策略，用于制造嵌入镍、具有空心多孔结构的Ti?C?Tx MXene薄膜。该方法有效地解决了对具有高效率和低反射率的电磁屏蔽材料的需求，同时通过增强阻抗匹配并引入磁损耗，形成了一种协同机制，结合了多重反射、欧姆损耗和界面极化，从而实现了优异的电磁波吸收能力。这种薄膜展示了高达70.7 dB的总屏蔽效果，并且具有较低的平均反射率，建立了一种高效的构建先进电磁屏蔽材料的方法。

随着毫米波系统的复杂性不断增加，以及下一代电子设备对性能的高要求，对吸收主导型毫米波电磁屏蔽材料的全面、深入研究显得尤为迫切。本文旨在提供一个系统的概述，深入分析材料科学、电磁设计和设备集成领域的最新进展。我们对当前方法的优势和局限性进行了批判性评估，指出了新兴趋势，并明确了未来研究的方向。通过综合物理学、材料科学和工程学的见解，本文希望为研究人员和从业人员提供必要的知识，以应对毫米波电磁干扰管理领域不断变化的挑战，并推动这一关键领域的发展。

本综述文章首先回顾了电磁屏蔽的基本原理，以及毫米波频段所带来的独特挑战。接下来的部分对传统和先进屏蔽材料进行了全面分析，强调了它们的电磁特性、性能指标和实际应用中的限制。随后，探讨了这些材料在现实设备中的集成情况，并分析了剩余的技术和制造挑战。最后，提出了未来的研究方向，并提供了将实验室突破转化为工业应用的建议。

在当前的研究中，吸收主导型电磁屏蔽材料的设计和制造是核心议题。这些材料不仅需要具备高效的电磁波吸收能力，还必须在结构上具备轻量化、柔韧性和与微制造工艺的兼容性。同时，材料的环境稳定性、加工成本和可扩展性也是影响其实际应用的重要因素。因此，未来的研究需要在这些方面进行更深入的探索，以推动更高效、更实用的电磁屏蔽材料的发展。这包括对新型材料的开发、现有材料的改进以及对制造工艺的优化。通过这些努力，可以为下一代电子设备提供更可靠的电磁屏蔽解决方案，满足日益增长的市场需求和技术挑战。