这篇文档属于类型a，是一篇关于聚酰胺-6/石墨烯复合材料规模化生产及其电磁屏蔽与导热性能增强的原创性研究论文。以下是详细的学术报告：

一、研究团队与发表信息

本研究由Rahul Navik（第一作者）、Huijun Tan和Yaping Zhao（共同通讯作者）等来自上海交通大学化学化工学院（School of Chemistry and Chemical Engineering, Shanghai Jiao Tong University）的团队完成，合作单位包括苏州Sunmun科技有限公司。论文发表于Chemical Engineering Journal（2023年6月28日在线发表，卷471，文章编号144445）。

二、学术背景

研究领域与动机

研究聚焦于高分子复合材料领域，针对现代电子设备小型化与高集成化带来的两大挑战：
1. 热管理问题：器件微型化导致热量积聚，影响性能与寿命；
2. 电磁干扰（EMI）污染：电磁波泄漏干扰信号传输并危害健康。

聚酰胺-6（PA-6）因其机械强度高、成本低等优点被广泛使用，但其低导热性（Thermal Conductivity, *kc*）和弱电磁屏蔽效能（EMI Shielding Effectiveness, *EMI SE*）限制了在高性能电子中的应用。石墨烯（尤其是少层石墨烯，Few-Layer Graphene, *FLG*）因其超高导电/导热性被视为理想填料，但其在聚合物基质中的分散性差和易团聚问题亟待解决。

研究目标

开发一种可规模化、可持续的生产工艺，通过结合机械化学法（Mechanochemistry）与超临界CO₂（scCO₂）技术，实现FLG在PA-6基质中的均匀分散，同步提升复合材料的导热性与电磁屏蔽性能。

三、研究流程与实验方法

1. PA-6/FLG复合粉末的制备

• 原料处理：将PA-6颗粒（50 μm）与石墨粉（7 μm）真空干燥后，按比例（如3 wt% FLG）混合，加入ZrO₂研磨球。
  
• 机械化学-超临界CO₂协同工艺：在高压容器中注入CO₂（12 MPa, 39℃），以500 rpm球磨8小时。scCO₂作为插层剂和剥离介质，降低石墨层间作用力，同时PA-6颗粒通过剪切力辅助剥离石墨为FLG（约10层）。
  
• 创新点：scCO₂的塑化效应减少了有机溶剂的使用，且工艺时间显著短于传统方法。
  

2. 复合薄膜的制备

• 热压成型：将复合粉末在275℃、10 MPa下热压15分钟，冷压后得到矩形/圆形薄膜（厚度1.5 mm）。
  

3. 材料表征与性能测试

• 形貌与结构分析：
  
  • SEM/TEM：证实FLG（横向尺寸≈0.5 μm）均匀包覆PA-6颗粒（图2e-f）；HR-TEM显示FLG保留完整晶格结构（图2i-l）。
    
  • AFM：FLG平均厚度≈2.6 nm（7-8层）（图3）。
    
  • 拉曼光谱：ID/IG比从0.03增至0.41，表明剥离引入边缘缺陷（图S9）。
    
• 电导率测试：
  
  • 面内电导率（ip-σc）和穿透电导率（tp-σc）分别达4.59 S·m⁻¹和29.59 S·m⁻¹（3 wt% FLG）（图6a-b）。
    
• EMI屏蔽效能：
  
  • 在X波段（8-13 GHz），3 wt% FLG的EMI SE达41.8 dB，吸收主导屏蔽机制（图6d-e）。
    
• 导热性能：
  
  • 面内导热系数（ip-kc）和穿透导热系数（tp-kc）分别为1.78 W·m⁻¹·K⁻¹和2.14 W·m⁻¹·K⁻¹（图7a）。
    
• 热管理演示：
  
  • 复合薄膜使LED芯片表面温度降低21℃（对比纯PA-6）（图7h-i）。
    

四、主要结果与逻辑链条

1. FLG剥离与分散：scCO₂辅助球磨成功将石墨剥离为FLG，并通过PA-6颗粒的物理吸附实现均匀分散（SEM/TEM证据）。
   
2. 导电网络构建：FLG形成三维连通网络，使复合材料在低填料量（3 wt%）下突破渗流阈值（0.81-0.93 wt%），电导率显著提升（图6c）。
   
3. EMI屏蔽机制：FLG网络通过多次反射/吸收耗散电磁波，吸收占比超反射（图6e）。
   
4. 导热增强：FLG的高纵横比和界面连接减少声子散射，Agari模型拟合证实三维导热通路（c₂=1.289）（图7d）。
   

五、结论与价值

科学价值

• 提出了一种绿色、可规模化的FLG/聚合物复合材料制备方法，解决了传统工艺中分散性差、氧化缺陷等问题。
  
• 揭示了scCO₂与机械化学协同作用对FLG剥离和界面相容性的调控机制。
  

应用价值

• 复合材料兼具高EMI屏蔽（>20 dB商用标准）和导热性能，适用于5G设备、航空航天等领域。
  
• 熔融纺丝制备的PA-6/FLG纤维（电阻率7.12 GΩ）拓展了其在柔性电子中的应用潜力。
  

六、研究亮点

1. 工艺创新：首次结合scCO₂与机械化学法，实现FLG的高效剥离与聚合物原位复合。
   
2. 性能突破：3 wt% FLG负载下同步实现高EMI SE（41.8 dB）和导热系数（2.14 W·m⁻¹·K⁻¹）。
   
3. 可持续性：全程无有机溶剂，符合工业化生产需求。
   

七、其他有价值内容

• 对比优势：与文献报道的同类复合材料相比，该工艺在填料用量、性能及环保性上均具优势（图6f, 表S4）。
  
• 扩展应用：通过熔融纺丝验证了复合材料在功能性纺织品中的潜力（图5b-d）。
  

（全文约2000字）