超薄纳米线薄膜可阻挡99%以上无线信号，且不含金属成分

科学家利用电场和激光技术，为下一代电子可穿戴设备制造出透明的电磁干扰屏蔽层。

我们生活在一片无形的信号风暴中。手机、Wi-Fi路由器、5G网络、智能手表和医疗传感器不断收发电磁波。虽然这种无线通信支撑着现代科技，但也带来了严重的副作用——电磁干扰（EMI）。这些多余信号可能干扰精密电子设备，尤其是医疗设备、可穿戴传感器和柔性显示屏等不容出错的领域。

此前，屏蔽此类干扰需要依赖厚重、刚性且不透明的金属层，这使得它们无法适用于透明或可弯曲的电子产品。然而，一个研究团队近日展示了一项独特解决方案：一种超薄、柔性、透明的薄膜，能阻挡几乎所有不必要的电磁辐射，同时保持轻盈、透明且适合实际应用的可扩展性。

研究负责人张俊刚表示：“这是首次有人突破金属纳米线网络中导电性与光学透明度长期存在的权衡关系。经过我们的激光后处理，导电性和透明度同时得到了提升。”

用纳米线制造透明电磁屏蔽层

该领域最大的挑战始终在于一个顽固的权衡问题：导电性好的材料通常不透光，而透明材料往往导电性差。金属纳米线看似前景广阔，但当它们随机排列时，无法提供强效屏蔽。

格拉斯哥大学的研究团队通过精准控制纳米线在纳米尺度上的位置和连接方式解决了这一难题。他们使用的银纳米线比人类头发细数千倍。研究人员没有让这些纳米线随机散布在表面，而是采用了一种称为“界面介电泳”的方法。简而言之，他们施加了精心设计的电场，将纳米线轻柔地拉拽成整齐、有序的图案，并将其固定在柔性透明塑料薄膜上。

这种方法实现了非凡的控制精度。纳米线可以在不断裂排列的情况下弯曲、扭转和改变方向。为了展示这种精度，团队甚至将纳米线排列成薄膜上可识别的字母图案。关键的是，这些纳米线相互靠近排列但并未熔合，其间仍留有微小间隙，形成了一个充满纳米级空间的网络。这些间隙后来被证明至关重要。

当电磁波撞击薄膜时，这些间隙就像微观的能量缓冲器，在信号到达受保护的电子设备前将其削弱。这种被称为“电容耦合纳米线网络”的结构，在不阻挡光线的情况下显著提升了屏蔽性能。

在第二阶段，研究人员将排列好的纳米线暴露在仅持续皮秒的极短激光脉冲下。这些激光脉冲将纳米线在接触点焊接在一起，形成了强大的导电路径。同时，激光去除了纳米线制造过程中残留的绝缘表层。这一激光处理步骤带来了罕见的双重好处：电阻降低了46倍，意味着电流可以更顺畅地通过；令人惊讶的是，由于激光清洁了纳米线表面，透明度也提高了10%。这是金属纳米线薄膜首次实现导电性和透明度的同步提升。

测试显示，最终材料能阻挡超过99.97%的电磁辐射，在2.2至6吉赫兹频率范围内（涵盖常见Wi-Fi和5G频段）屏蔽效能超过35分贝。尽管屏蔽效能强大，该薄膜仍保持83%的透明度，厚度仅为5.1微米——比人类头发还薄。

该研究的作者之一、格拉斯哥大学教授哈迪·海达里表示：“我们使用该技术创造的材料，其电磁干扰屏蔽性能首次比未对齐的纳米线提高了一千倍以上。这一进步有望促成多种未来柔性及可植入设备的诞生。”

优质屏蔽的意义

这项工作消除了未来电子设备设计中的一个主要障碍。必须弯曲、拉伸或置于人体内部的设备，现在可以在不添加笨重金属层的情况下免受电磁噪声干扰。

张俊刚表示：“对于柔性显示屏、可穿戴设备和植入式医疗技术而言，这种屏蔽能力与高透明度相结合至关重要。它能在阻挡有害电磁噪声的同时，确保实时健康监测所需的高纯度信号传输。”

此外，与传统成本高昂且尺寸受限的洁净室制造工艺不同，该方法可扩展至大面积应用。团队已成功制造出40×80厘米的薄膜，表明工业化生产是可行的。不过，该材料在长期使用及生物环境中的表现仍有待观察。

该研究已发表在《ACS纳米》期刊上。

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