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新材料：电磁屏蔽/吸波材料研究
16/12/2013
新材料：电磁屏蔽/吸波材料研究 导读 电磁波辐射可以影响甚至破坏军事设备的敏感器件，使无线电通讯系统、武器作战平台失效或失控。此外，电子设备发射的电磁波可能诱发某些疾病，如睡眠不足、头晕、呕吐，部分研究指向电磁辐射是诱发癌症、心血管等疾病的诱因。因此，电磁屏蔽/吸波材料的研究，备受世界各国学术和工业界的关注。 石墨烯 传统的金属基屏蔽材料存在密度大、结构设计困难等问题，应用也受到限制。聚合物/吸收剂复合材料具有较好的设计性，可以部分解决金属基电屏蔽材料的技术瓶颈。其中，具有微发泡结构的聚合物基电磁屏蔽/吸波材料是近几年热点研究方向。 泡孔结构赋予电磁屏蔽/吸波材料轻质的优势，发泡过程产生的双向牵伸，利于二次分散聚合物基体中的吸收剂。同时，泡孔结构的引入可使电磁波陷入迷宫结构，从而显著提升材料的屏蔽效能，电磁的泄漏不过。聚合物树脂本身却并没有电磁屏蔽/吸波性能，必须通过外加大量的吸收剂来实现，通常加入的吸收剂为铁氧体类、碳材料类等，但这些吸收剂与聚合物基体不相容性，可能导致吸收剂不能被聚合物基体完全浸润。 碳材料石墨烯具有良好的电磁屏蔽/吸波性能。特别是采用CVD等方法制备的石墨烯性能几乎接近“完美”，与聚合物没有亲和性，且在聚合物基体中很难均匀分散。科研团队，通过调控氧化石墨中的可挥发物质的含量，成功实现了氧化石墨的低温常压剥离，制备了含有大量含氧基团的氧化石墨烯，或将进入实用阶段。 聚酰亚胺微发泡材料 利用氧化石墨烯表面丰富的含氧基团，研究人员通过共混手段来改善氧化石墨烯在热塑性聚酰亚胺树脂中的分散，通过相分离工艺，成功在聚酰亚胺/氧化石墨烯复合材料中引入均匀泡孔结构。研究发现，聚合物微发泡过程原位形成的拉伸作用，不但有助于石墨烯的二次分散，还可促进石墨烯围绕泡孔结构进行取向。微发泡材料中，氧化石墨烯的添加量可高至10wt%，材料的密度为0.3g/cm3左右，材料在X波段的平均比电磁屏蔽效能为6.4dB/(g/cm3)。 研究人员注意到，聚合物微发泡过程中，材料体积会增加，吸收剂体积会降低。这会直接损害聚合物微发泡电磁屏蔽/吸波材料的效能。为解决上述问题，研究人员在石墨烯表面原位合成了纳米四氧化三铁，利用上述复合纳米材料的电磁匹配，成功制备电磁屏蔽性能更为优异的聚酰亚胺微发泡电磁屏蔽材料，比电磁屏蔽效能由36.4 dB/(g/cm3)增加至41.5 dB/(g/cm3)。 复合纳米材料的电磁性能匹配特点，令聚合物微发泡材料可以吸收而不是反射更多的电磁波，这无疑降低了电磁波对环境的二次污染。未来，电子产品的尺寸将越来越小、电子器件的集成度也会越来越高，这势必要求电子屏蔽/吸波材料朝着“质量轻、厚度薄、频段宽、吸收强”的方向发展。 聚合物功能微发泡薄膜、功能微发泡板材材料所使用的聚合物基体，可以是高性能聚酰亚胺树脂，也可以是柔性聚氨酯热塑弹性体树脂。材料可用于雷达透波材料、手机电子支付吸波材料、吸波贴片、隐身结构功能一体化材料等多个新材料领域。 Table of contents
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