【摘 要】
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随着电子信息技术的迅速发展和物联网的大力建设,随之而来的电磁辐射污染和电磁干扰问题越来越严重。为满足在人工智能、5G通信以及可穿戴电子设备等领域中的实际应用,近年来电磁屏蔽材料朝着轻质、高性能、低反射等方向发展。聚合物基电磁屏蔽复合材料具有轻质、耐腐蚀、易成型加工和电磁屏蔽性能稳定等优点,但存在难以降解、生物相容性差等缺点。随着材料功能多元化,电子设备的使用环境变得较为苛刻。电磁屏蔽材料还要具备疏
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随着电子信息技术的迅速发展和物联网的大力建设,随之而来的电磁辐射污染和电磁干扰问题越来越严重。为满足在人工智能、5G通信以及可穿戴电子设备等领域中的实际应用,近年来电磁屏蔽材料朝着轻质、高性能、低反射等方向发展。聚合物基电磁屏蔽复合材料具有轻质、耐腐蚀、易成型加工和电磁屏蔽性能稳定等优点,但存在难以降解、生物相容性差等缺点。随着材料功能多元化,电子设备的使用环境变得较为苛刻。电磁屏蔽材料还要具备疏水、隔热、生物相容性和抗菌性良好等多种特性。可再生生物质材料具有绿色、环境友好和可再生等特点,将其作为基体引入电磁屏蔽复合材料能够有效缓解化石能源危机和环境污染等问题,符合可持续发展的要求。本文以生物质细菌纤维素（BC）为基底,以银纳米线（AgNWs）、二维Ti3C2TxMXene纳米片和四氧化三铁（Fe3O4）为导电/导磁功能材料,通过层级结构和多孔结构设计,制备轻质、低填充和高电磁屏蔽效能（EMI SE）的细菌纤维素基电磁屏蔽复合材料。采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射仪（XRD）和X光电子能谱（XPS）对细菌纤维素基电磁屏蔽复合材料的结构与形貌进行分析表征。在此基础上,研究了 AgNWs面积含量、Fe3O4的引入以及MXene分散液浓度对复合材料的导电性能、力学性能以及电磁屏蔽性能的影响。本论文取得的主要结论如下:（1）以BC为基底,以AgNWs为导电填料,通过两步真空辅助抽滤和热压干燥工艺制备柔性、高导电层级结构BC/AgNWs复合薄膜。结果表明高长径比的AgNWs会部分嵌入BC基底并与BC之间形成丰富的氢键作用,使复合薄膜具有良好的力学性能。当AgNWs面积含量为0.8 g/m2时,复合薄膜的拉伸强度达到74.4 MPa,断裂应变为3.64%。随着AgNWs面积含量的增加,复合薄膜的方阻（Rs）减小、EMI SE逐渐增大。当AgNWs面积含量为1.8g/m2,复合薄膜的Rs为0.35 Ω·sq-1,EMI SE为50 dB。（2）采用原位共沉淀法将磁性Fe3O4纳米粒子负载到BC表面制得BC@Fe3O4分散液,以AgNWs为导电填料,通过两步真空辅助抽滤法制得具有磁性导电层级结构的BC@Fe3O4/AgNWs复合薄膜。结果表明,BC@Fe3O4/AgNWs复合薄膜层级结构与Fe3O4和AgNWs的电磁双损耗协同作用赋予其优异的电磁屏蔽性能。当AgNWs面积含量为1.8 g/m2时,BC@Fe3O4/AgNWs 复合薄膜的 EMI SE 为 56 dB。AgNWs 与 BC@Fe3O4基体之间具有良好的界面相互作用,使复合薄膜具有优异的力学性能。当AgNWs面积含量为0.8 g/m2时,拉伸强度和断裂应变最高分别达到84.6 MPa 和 4.05%。（3）通过液氮定向冷冻、冷冻干燥工艺制备定向多孔结构MXene/BC复合气凝胶。结果表明,MXene与BC间存在丰富的氢键作用,使MXene/BC复合气凝胶具有良好的力学性能。当复合气凝胶压缩应变为30%时压缩强度达到41.6 kPa,较纯BC气凝胶（17.2 kPa）提升了 2.4倍。当MXene含量为40 wt%,MXene/BC复合气凝胶（厚度为4 mm）的电导率和EMI SE均达到最大,分别为459.3 S·cm-1和72 dB。定向多孔结构BC/MXene复合气凝胶呈现出以吸收为主的电磁屏蔽机理,降低了由电磁波直接反射引起的二次污染。
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