​高遮蔽、低反射！具有可控電-磁梯度的聚氨酯基電磁遮蔽材料

一、研究背景：

隨著電子通訊行業的迅速發展，大量新興電子電器裝置湧入人類的交通、通訊、家用電器等生活中的每個角落，為人類的生活提供了極大的便利。但是，它們也會產生不同頻率的電磁輻射，給人們的生產生活帶來不便。隨著電子器件的全面普及、電子元器件的精密度和靈敏度越來越高，電磁輻射所帶來的危害也越來越嚴重，引發了一系列的環境問題和社會問題。電磁輻射的不利影響主要體現在電子元器件之間的電磁干擾、電磁資訊洩露和電磁波對人體的危害。電磁遮蔽材料，是指放入某個區域中，透過對電磁波的反射和吸收來降低電磁波的透射，從而起到防輻射的作用的材料。目前大多數電磁遮蔽材料採用金屬、金屬奈米線、石墨烯等，雖然實現了高遮蔽值，但大多數電磁波在材料表面被反射，造成二次汙染，因此如何緩和低反射與高電磁遮蔽效能之間的矛盾，成為了研究者們探索的熱點問題。

二、研究成果

中北大學

劉亞青

、

段宏基

課題組

報道了透過逐層澆鑄法制備的電-磁梯度可控多層水性聚氨酯基電磁遮蔽複合材料，使用奈米填料為Fe3O4@rGO 和 MWCNT，構建的有序多層遮蔽網路賦予聚氨酯複合材料正電導率梯度和負磁導率梯度，入射的電磁波歷經

“吸收-反射-再吸收”

過程，以及介面極化損耗引起的吸收過程，以至於材料具有高的電磁遮蔽效能值和較低的反射率，

當電磁遮蔽SE值達到35.9 dB時，反射率僅0.27，這項工作為下一代智慧電子裝置吸收主導的可控電磁遮蔽材料設計製備提供了新思路

。相關工作以“Multilayer WPU conductive composites with controllable electro-magnetic gradient for absorption-dominated electromagnetic interference shielding”為題發表在複合材料領域著名TOP期刊 《

Composites Part A: Applied Science and Manufacturing

》上。

三、圖文速遞

圖1 Fe3O4@rGO/MWCNT/WPU複合材料製備方法示意圖這種Fe3O4@rGO/MWCNT/WPU複合材料的製備方法是：首先採用水熱還原法制備Fe3O4@rGO分散液，經冷凍乾燥後得到Fe3O4@rGO磁性複合材料，將其加入聚氨酯乳液中，超聲處理得到Fe3O4@rGO/WPU分散液。MWCNT/WPU分散液的製備方法是：首先用去離子水對聚氨酯乳液進行稀釋，再將MWCNT加入其中超聲攪拌即可。隨後採用逐層澆鑄法制備Fe3O4@rGO/MWCNT/WPU複合材料，從上到下依次為Fe3O4@rGO-X1/WPU、Fe3O4@rGO-X2/WPU、Fe3O4@rGO-X3/WPU、MWCNT/WPU，X代表開始加入的GO的量。

圖2 相關結構與形貌表徵透過SEM表徵可以看出四層WPU複合材料緊密結合在一起，介面處沒有發生斷裂等缺陷，這種優秀的介面粘結得益於水性聚氨酯WPU的優異成膜效能和粘附效能，並且部分MWCNT滲入Fe3O4@rGO/WPU層，進一步加強了介面粘合。MWCNT網路也賦予材料良好的導電性，實現優異的電磁遮蔽效能。

圖3 電-磁梯度測試

該複合體系的新型電-磁梯度設計值得關注，可以看出，透過調控GO和MWCNT的加入量可以調節材料的導電性，從上到下，電導率逐漸上升，磁化強度逐漸下降。

圖4 電磁遮蔽效能表徵研究人員對該材料進行了電磁遮蔽效能測試，Fe3O4@rGO（20-60-100）- 60MWCNT 樣品實現最優電磁遮蔽值35。9 dB，反射率僅0。27，吸收損耗佔主導，可以看出這種電-磁梯度設計顯著提升了材料的電磁遮蔽效能，減少了反射，避免電磁波的二次汙染。透過調節GO和MWCNT的含量。可以對電磁效能進行調控。研究人員隨後對電磁遮蔽機理進行了分析：由於材料阻抗匹配較好，當電磁波進入材料時， 這種有著正電導率梯度和負磁導率梯度的吸波層產生較強的介電損耗和磁損耗，並且在介面處產生介面極化，電磁波進入導電反射層時將反射回吸收層，這部分電磁波將被再次吸收，此外，MWCNT和Fe3O4@rGO產生的介面產生極化馳豫損耗，該材料由於介電損耗與磁損耗的協同作用，使其具有高電磁遮蔽值，這種新型梯度設計實現較低的反射率。

圖5 電磁遮蔽機理示意圖

四、研究小結

透過逐層澆鑄的方法制備出具有多層電-磁梯度的聚氨酯基電磁遮蔽複合材料，透過調節填料MWCNT和GO的含量可以有效調控電磁遮蔽特性，吸收層梯度的增加產生磁損耗、介電損耗，較低的反射率以及優異的電磁遮蔽效能，反射層遮蔽效能的提升促進了電磁波的再吸收和介面極化損耗作用，進一步提高了電磁遮蔽效能，降低反射率。Fe3O4@rGO/MWCNT/WPU複合材料實現最優電磁遮蔽SE值35。9 dB，反射率僅為0。27，這種獨特的梯度結構設計為吸收為主導的高效能電磁遮蔽材料提供了借鑑。

五、全文連結：

https：//www。

sciencedirect。com/scien

ce/article/pii/S1359835X19304415

編譯：

李嘉一

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