寧波材料所在電磁屏蔽材料結(jié)構(gòu)設(shè)計方面取得進(jìn)展

　　隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的快速發(fā)展，人類已經(jīng)進(jìn)入了電子信息化時代，越來越多的電子和電器設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入社會的各個角落，但是這些電子電器設(shè)備在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生一定的電磁波，不僅會對周邊的電子電器設(shè)備產(chǎn)生一定的電磁干擾，同時也會對人類的身體產(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)隊一直致力于高效電磁屏蔽材料的開發(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)隊又在石墨烯基電磁屏蔽材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能研究方面取得新進(jìn)展。

　?。?）研究人員設(shè)計了一種具有夾層結(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。電磁屏蔽測試結(jié)果顯示對薄膜樣品進(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的鋸齒邊長使得鋸齒形折疊對薄膜電磁屏蔽增強(qiáng)越加明顯，這主要是因?yàn)檩^小的鋸齒夾角以及較長的鋸齒邊長可以使得更大面積的材料參加電磁屏蔽，同時增強(qiáng)鋸齒對電磁波的多重反射衰減。同時，通過對鋸齒結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單的拉伸或壓縮就可以實(shí)現(xiàn)對薄膜電磁屏蔽性能的有效調(diào)控。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于國際期刊Carbon，2017,113,55，并申請中國發(fā)明專利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)）對聚合物/石墨烯復(fù)合材料電磁屏蔽性能的影響。首先，通過對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)對電磁波的吸收性能；②吸波性能最強(qiáng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計是具有a-b-c結(jié)構(gòu)（如圖2所示），而對電磁波反射最強(qiáng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計是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)了材料對電磁波的反射；②三明治結(jié)構(gòu)對復(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)厚度為對應(yīng)頻段1/4波長時，其增幅最大。該研究對于設(shè)計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值，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于國際期刊Composites Science and Technology, 2017, DOI: 10.1016/j.compscitech.2016.12.002，并申請中國發(fā)明專利201610919451.4和201610919480.0。

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

　　圖1. 高強(qiáng)度柔性聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜以及鋸齒形折疊結(jié)構(gòu)示意圖

　　圖2. 不同多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的示意圖以及對電磁屏蔽的影響結(jié)果