隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的快速發(fā)展,人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入了電子信息化時(shí)代,越來(lái)越多的電子和電器設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入社會(huì)的各個(gè)角落,但是這些電子電器設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的電磁波,不僅會(huì)對(duì)周邊的電子電器設(shè)備產(chǎn)生一定的電磁干擾,同時(shí)也會(huì)對(duì)人類(lèi)的身體產(chǎn)生一定的電磁輻射危害。為了有效地抑制電磁干擾和電磁輻射危害,電磁屏蔽材料的研究顯得尤為重要。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高分子事業(yè)部研究員鄭文革團(tuán)隊(duì)一直致力于高效電磁屏蔽材料的開(kāi)發(fā),前期已經(jīng)在石墨烯基電磁屏蔽材料的制備以及性能研究方面取得一系列進(jìn)展(ACS Applied Materials & Interfaces, 2011, 3, 918; ACS Applied Materials & Interfaces, 2013, 5, 2677; ACS Applied Materials & Interfaces, 2013, 5, 11383; Advanced Functional Materials, 2014, 24, 4542; RSC Advances, 2015, 5, 24342; Carbon, 2016, 100, 375; Carbon, 2016, 102, 154; ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8, 8050)。近期,該團(tuán)隊(duì)又在石墨烯基電磁屏蔽材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能研究方面取得新進(jìn)展。

(1)研究人員設(shè)計(jì)了一種具有夾層結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度柔性聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜,并探索了鋸齒形折疊結(jié)構(gòu)對(duì)薄膜電磁屏蔽的影響(如圖1所示)。高強(qiáng)度柔性聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜是以普通無(wú)紡布作為增強(qiáng)夾層,并以聚合物/石墨烯復(fù)合物作為導(dǎo)電涂層制備而得的。電磁屏蔽測(cè)試結(jié)果顯示對(duì)薄膜樣品進(jìn)行鋸齒形折疊可以增強(qiáng)其電磁屏蔽性能(特別是對(duì)于具有較高電導(dǎo)率的薄膜),其中較小的鋸齒夾角以及較長(zhǎng)的鋸齒邊長(zhǎng)使得鋸齒形折疊對(duì)薄膜電磁屏蔽增強(qiáng)越加明顯,這主要是因?yàn)檩^小的鋸齒夾角以及較長(zhǎng)的鋸齒邊長(zhǎng)可以使得更大面積的材料參加電磁屏蔽,同時(shí)增強(qiáng)鋸齒對(duì)電磁波的多重反射衰減。同時(shí),通過(guò)對(duì)鋸齒結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的拉伸或壓縮就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜電磁屏蔽性能的有效調(diào)控。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于國(guó)際期刊Carbon,2017,113,55,并申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利201610850306.5。

(2)研究人員探索了多層復(fù)合結(jié)構(gòu)(梯度結(jié)構(gòu)+中空三明治結(jié)構(gòu))對(duì)聚合物/石墨烯復(fù)合材料電磁屏蔽性能的影響。首先,通過(guò)對(duì)不同石墨烯含量的聚合物/石墨烯復(fù)合泡沫進(jìn)行自由疊加組合可以制備出不同梯度結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料,結(jié)果表明:①梯度結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料的電磁屏蔽性能影響較小,但卻可以大幅提升復(fù)合材料與空氣之間的波阻抗,進(jìn)而增強(qiáng)對(duì)電磁波的吸收性能;②吸波性能最強(qiáng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是具有a-b-c結(jié)構(gòu)(如圖2所示),而對(duì)電磁波反射最強(qiáng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是c-b-a結(jié)構(gòu)。另外,將透波材料夾在兩層聚合物/石墨烯復(fù)合泡沫之間可以得到一種具有中空三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料,結(jié)果表明:①中空三明治結(jié)構(gòu)可以大幅提高復(fù)合材料的屏蔽性能,但是主要原因是增強(qiáng)了材料對(duì)電磁波的反射;②三明治結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料屏蔽效能的提高量與其中間透波層的厚度有關(guān),當(dāng)厚度為對(duì)應(yīng)頻段1/4波長(zhǎng)時(shí),其增幅最大。該研究對(duì)于設(shè)計(jì)具有高屏蔽和吸波性能的聚合物基電磁屏蔽材料具有較大的參考價(jià)值,相關(guān)結(jié)果發(fā)表于國(guó)際期刊Composites Science and Technology, 2017, DOI: 10.1016/j.compscitech.2016.12.002,并申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利201610919451.4和201610919480.0。

上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(51603218、51473181、51573202)、寧波市自然科學(xué)基金(2016A610269)和中國(guó)博士后科學(xué)基金(2015M570531)的大力資助。