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新材料：電磁屏蔽/吸波材料研究
16/12/2013
導讀 電磁波輻射可以影響甚至破壞軍事設備的敏感器件，使無線電通訊系統、武器作戰平台失效或失控。此外，電子設備發射的電磁波可能誘發某些疾病，如睡眠不足、頭暈、嘔吐，部分研究指向電磁輻射是誘發癌症、心血管等疾病的誘因。因此，電磁屏蔽/吸波材料的研究，備受世界各國學術和工業界的關注。 石墨烯 傳統的金屬基屏蔽材料存在密度大、結構設計困難等問題，應用也受到限制。聚合物/吸收劑複合材料具有較好的設計性，可以部分解決金屬基電屏蔽材料的技術瓶頸。其中，具有微發泡結構的聚合物基電磁屏蔽/吸波材料是近幾年熱點研究方向。 泡孔結構賦予電磁屏蔽/吸波材料輕質的優勢，發泡過程產生的雙向牽伸，利於二次分散聚合物基體中的吸收劑。同時，泡孔結構的引入可使電磁波陷入迷宮結構，從而顯著提升材料的屏蔽效能，電磁的洩漏不過。聚合物樹脂本身卻並沒有電磁屏蔽/吸波性能，必須通過外加大量的吸收劑來實現，通常加入的吸收劑為鐵氧體類、碳材料類等，但這些吸收劑與聚合物基體不相容性，可能導致吸收劑不能被聚合物基體完全浸潤。 碳材料石墨烯具有良好的電磁屏蔽/吸波性能。特別是採用CVD等方法製備的石墨烯性能幾乎接近“完美”，與聚合物沒有親和性，??且在聚合物基體中很難均勻分散。科研團隊，通過調控氧化石墨中的可揮發物質的含量，成功實現了氧化石墨的低溫常壓剝離，製備了含有大量含氧基團的氧化石墨烯，或將進入實用階段。 聚酰亞胺微發泡材料 利用氧化石墨烯表面豐富的含氧基團，研究人員通過共混手段來改善氧化石墨烯在熱塑性聚酰亞胺樹脂中的分散，通過相分離工藝，成功在聚酰亞胺/氧化石墨烯複合材料中引入均勻泡孔結構。研究發現，聚合物微發泡過程原位形成的拉伸作用，不但有助於石墨烯的二次分散，還可促進石墨烯圍繞泡孔結構進行取向。微發泡材料中，氧化石墨烯的添加量可高至10wt%，材料的密度為0.3g/cm3左右??，材料在X波段的平均比電磁屏蔽效能為6.4dB/(g/cm3)。 研究人員注意到，聚合物微發泡過程中，材料體積會增加，吸收劑體積會降低。這會直接損害聚合物微發泡電磁屏蔽/吸波材料的效能。為解決上述問題，研究人員在石墨烯表面原位合成了納米四氧化三鐵，利用上述複合納米材料的電磁匹配，成功製備電磁屏蔽性能更為優異的聚酰亞胺微發泡電磁屏蔽材料，比電磁屏蔽效能由36.4 dB/(g/cm3)增加至41.5 dB/(g/cm3)。 複合納米材料的電磁性能匹配特點，令聚合物微發泡材料可以吸收而不是反射更多的電磁波，這無疑降低了電磁波對環境的二次污染。未來，電子產品的尺寸將越來越小、電子器件的集成度也會越來越高，這勢必要求電子屏蔽/吸波材料朝著“質量輕、厚度薄、頻段寬、吸收強”的方向發展。 聚合物功能微發泡薄膜、功能微發泡板材材料所使用的聚合物基體，可以是高性能聚酰亞胺樹脂，也可以是柔性聚氨酯熱塑彈性體樹脂。材料可用於雷達透波材料、手機電子支付吸波材料、吸波貼片、隱身結構功能一體化材料等多個新材料領域。 |
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