【摘 要】
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随着5G甚至6G通信技术的快速发展,电子器件必将向小型化、集成化和高频化等方向发展。电子元件在运行过程中产生的不良电磁波已经成为许多领域的严重问题和挑战。电磁屏蔽（Electromagnetic Shielding）材料被认为是衰减电磁波的必要条件。金属基电磁屏蔽材料虽具有优异的电磁屏蔽性能,但由于其高密度、易腐蚀和高加工能耗等限制了应用范围。由聚合物基体和导电填料组成的导电高分子复合材料（Con
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随着5G甚至6G通信技术的快速发展,电子器件必将向小型化、集成化和高频化等方向发展。电子元件在运行过程中产生的不良电磁波已经成为许多领域的严重问题和挑战。电磁屏蔽（Electromagnetic Shielding）材料被认为是衰减电磁波的必要条件。金属基电磁屏蔽材料虽具有优异的电磁屏蔽性能,但由于其高密度、易腐蚀和高加工能耗等限制了应用范围。由聚合物基体和导电填料组成的导电高分子复合材料（Conductive Polymer Composites,CPCs）因其重量轻、耐腐蚀和良好的可加工性而受到研究人员的广泛关注。但CPCs存在一定矛盾,即:低填充时无法形成有效导电网络,高填充又会影响CPCs的可加工性和力学性能,且在复杂变形下导电通路易被破坏等问题。基于此,本工作拟通过对聚二甲基硅氧烷基复合材料进行结构设计,引入多层结构、高导电填料与梯度结构以期望在聚合物基体内构筑低填充且高效的导电网络,使聚二甲基硅氧烷基电磁屏蔽复合材料满足实际应用领域日益增长的需求。并进一步明晰所制备复合材料的结构与其性能间的构效关系,并对所制备CPCs的微观形貌与宏观结构、力学性能、电性能、电磁屏蔽性能和光热性能等进行系统的研究,具体工作如下:（1）通过葡萄糖模板、真空辅助过滤和热压法制造具有多层结构的柔性聚二甲基硅氧烷/多壁碳纳米管（PDMS/MWCNT）复合材料。研究表明:与溶液共混的均匀PDMS/MWCNT复合材料（20%wt%MWCNT）的电磁屏蔽效能11.6 dB相比,单层PDMS/MWCNT复合材料（4.8%wt%MWCNT）表现出更加优异的 21.7 dB。同时,得益于高导电PDMS/MWCNT层的欧姆损耗、界面上的极化损耗和各PDMS/MWCNT层间的多次反射,5层结构PDMS/MWCNT复合材料的电磁干扰屏蔽效能在X波段可以达到65.9 dB,可屏蔽掉约99.99997%的电磁波。得益于PDMS对导电层的保护,多层PDMS/MWCNT复合材料在反复弯曲和浓盐酸处理后仍呈现出高达90%的电磁屏蔽性能稳定性。（2）采用改进的湿化学还原法成功的将制备铜纳米线（CuNWs）的反应时间缩短3 h,并通过结构设计制备出单层PDMS/CuNWs和具有导电性梯度递增的三层PDMS/MWCNT/CuNWs梯度结构复合材料。研究表明:在相同填料填充下,单层PDMS/CuNWs复合材料方阻的下降率较单层PDMS/MWCNT复合材料从50%提升至96%,且面密度为2.4mg/cm2时,单层PDMS/CuNWs复合材料的EMI SE约为30 dB,较单层PDMS/MWCNT复合材料提升了约25%。同时,在光强为2W/cm2的近红外光照射下,面密度为2.4 mg/cm2的单层PDMS/CuNWs复合材料在加热15 s后表面温度就高达211.2℃。在总填料填充相同的三层梯度复合材料中,当各层间导电性差异越大,PDMS/MWCNT/CuNWs复合材料的电磁屏蔽效能可提升10 dB。
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