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宁波材料所在电磁屏蔽材料设计与制备方面取得研究进展
作者:,日期:2018-07-10

  随着现代电子工业的快速发展,各种高集成和高功率无线通信系统和电子器件数量急剧增加,导致电磁干扰和电磁污染问题日益突出,不仅在通信领域中对信号的产生、传播和接收造成了极大的影响,而且给人类社会的生产与生活,尤其是人类身体健康带来了不容忽视的危害。联合国人类环境会议早在1969年就将电磁辐射列为继水、大气、噪声污染之后的第四大公害。电磁屏蔽材料是一类能够通过吸收和反射等方式来衰减电磁波能量传播以有效抑制电磁干扰和污染的功能材料。中国科学院宁波材料技术与工程研究所高分子事业部郑文革研究员团队一直致力于高效电磁屏蔽材料的开发,前期已经在电磁屏蔽材料的制备以及性能的研究方面取得一系列进展。近期,该团队又在新型电磁屏蔽材料的设计和制备方面取得进展。

  (1)户外全天候电子设备如信号站、户外电磁装置等,电磁屏蔽材料除了需满足“高效、轻质、低反射”的要求外,对其它性能如防腐、自清洁性能也提出了新的期望。以电磁屏蔽材料为基础构建超疏水表面,不仅能有效防止空气中酸性介质渗入,提高抗腐蚀能力,还可以赋予其自清洁功能。因此,系统、科学地对电磁屏蔽材料进行结构设计,开展具有超疏水表面新型多功能电磁屏蔽材料的研究,对相关电子设备的安全长效使用具有重要的现实意义。研究人员以具有低表面能的聚偏氟乙烯(PVDF)作为基体,选择石墨烯和多壁纳米碳管作为复合导电填料,并通过水蒸气诱导相分离方法在具有粗糙表面结构的聚酯基无纺布上面制备得到了具有超疏水表面多孔聚合物复合材料(如图1)。石墨烯和多壁纳米碳管可以在PVDF基体中形成有效的导电网络,具有粗糙表面结构的聚酯基无纺布以及墨烯和多壁纳米碳管、球晶结构微孔结构的存在可以在PVDF表面共同构造多级粗糙结构。所制备的聚合物复合材料具有优异的屏蔽效能(~28.5dB),以及超疏水特性(接触角高达155°左右);同时该聚合物复合材料在长时间的紫外照射下任具有很好的性能稳定性。相关结果发表于国际期刊Composites Science and Technology, 2018, 158, 86-93

  (2)生物质是一种环境友好的可持续和可再生资源,某些生物质通过碳化可以获得具有理想电磁屏蔽性能的多孔碳材料,但直接使用原始生物质作为碳化前体可能会限制最终材料的结构多样性。实际上,生物质材料可以加工成具有不同结构的各种生物基衍生物产品,并且它们可以适用于构建具有高性能的新型电磁屏蔽材料。研究人员简单地通过木浆织物的碳化来制备高导电宏观碳网格(MCG)材料(如图2),所得到的样品在厚度为~0.3mm左右不仅表现出优异的屏蔽效能(~20.3-45.5dB)(与其碳化温度呈正相关或与其网格尺寸呈负相关),而且由于网格的存在,具有透光率在~15%-56%之间半透明特性。此外,双层MCG材料可以在恒定厚度下通过微小平移运动改变网格的交错度来方便地调节材料的屏蔽性能,对可调电磁波衰减器件的设计具有参考意义。相关结果发表于国际期刊Carbon, 2018, 139, 271-278

  上述工作得到了国家自然科学基金(51603218、51473181、51573202)的大力资助。

  

图1 具有超疏水表面多孔聚合物复合材料的制备过程示意图

图2 高导电宏观碳网格(MCG)材料的制备过程示意图

  (高分子事业部 沈斌)