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在当今电子时代,高效的电磁屏蔽材料已成为人体健康、设备运行、信息安全的必要保障。现有电磁屏蔽材料或多或少存在质量大、成本高、力学强度低、厚度大、屏蔽效能低等问题。碳纳米管(CNTs)密度低,且具有出众的电性能、机械性能和吸波性能,可满足新一代电磁屏蔽材料质轻、宽频、高吸收的要求。针对环境恶劣、对形状要求复杂的特殊屏蔽领域,本文首先以耐候性、耐热性、机械性能优异且易于加工成型的聚芳醚酮(PPEK)为基体,碳纳米管为填料,通过溶液共混法制备了 PPEK/CNT复合膜,并分别采用萃取活化法、水致相分离法制备了 PPEK/CNT多孔复合膜,通过构造多孔结构、多层结构、三明治结构深入探讨了结构与电磁屏蔽性能的关系。进一步地,采用真空抽滤法制备了碳纳米管薄膜,并通过原位共沉淀和化学氧化聚合制备了碳纳米管薄膜/Fe3O4/聚苯胺(BP/Fe3O4/PANI)复合材料。本文的主要研究内容和结论如下:研究了 PPEK/CNT复合薄膜及多孔复合薄膜的微观形貌、孔隙率、电性能、机械性能及电磁屏蔽性能。溶液共混法可实现高填充量下(15 wt%)碳纳米管在PPEK中的均匀分散。PPEK/CNT复合材料中碳纳米管的逾渗阈值为2wt%(1.24 vol%),复合薄膜的电导率、机械强度、电磁屏蔽效能均随碳纳米管填充量的增大而增大。PPEK/CNT多孔薄膜中的孔径随致孔剂含量(萃取活化法)和空气湿度(水致相分离法)的增大而增大,电导率及机械性能与之相反。多孔复合薄膜的机械性能及电性能均低于无孔复合薄膜。萃取活化法制备的多孔薄膜在8～18 GHz的平均屏蔽效能为23.5 dB,与PPEK/CNT复合薄膜相比提升了 40%。研究了多层结构和三明治结构对PPEK/CNT复合材料屏蔽性能的影响。不同CNTs含量的PPEK/CNT复合膜构造的多层结构可调节吸收损耗的贡献,但对屏蔽效能影响不大。通过在PPEK/CNT复合膜(屏蔽层)之间引入纯树脂层(透波层)构造了三明治结构。屏蔽层不变时,三明治结构的屏蔽效能随透波层厚度(d)的增大,呈现出下降-上升-持平-再下降的变化趋势。各三明治结构复合材料取得屏蔽效能最大值和最小值时的d值之差基本相同。增加屏蔽层的屏蔽效能,有利于实现屏蔽材料的轻薄化和屏蔽性能高强化。增加透波层层数,有利于提升三明治结构的屏蔽效能。通过优化d值和屏蔽层,三明治结构在8～18 GHz的屏蔽效能可高达65 dB,与d=0时的屏蔽效能相比增长了144%,且屏蔽效能的提升主要是吸收损耗的贡献。为解决高填充量下碳纳米管分散困难的问题,并进一步提升填料含量,采用真空抽滤法制备了碳纳米管薄膜。研究了分散介质及碳纳米管长径比对碳纳米管薄膜微观结构、电性能、机械性能及屏蔽性能的影响。首先借助研磨、超声、添加分散剂等方法,分别将三种不同结构的多壁碳纳米管CNT-A、CNT-B、CNT-C在水或乙醇中分散均匀。实验表明,碳纳米管在水中分散稳定性优异,在乙醇中分散稳定性较差。与乙醇体系制备的薄膜(BP-A-E、BP-B-E、BP-C-E)相比,水分散体系制备的薄膜(BP-A-W、BP-B-W、BP-C-W)中碳纳米管分布更均匀,最可几孔径较小,同时具有更优异的机械性能、电性能及电磁屏蔽性能。BP-A-W的电导率和拉伸强度与BP-A-E相比分别提升了 74%和665%。厚度为450μm的BP-A-W在8～18 GHz的屏蔽效能可达到101.7 dB,且以吸收损耗为主,与BP-A-E相比提升了 26%。不同长径比的碳纳米管复配有利于提升薄膜的电导率和屏蔽效能。BP-C-W厚度为45μm时,屏蔽效能可达到48 dB,且具有29300 dB.cm2/g的超高比屏蔽效能。研究并对比了碳纳米管薄膜多层结构与三明治结构对屏蔽性能的影响。通过改变碳纳米管薄膜的层数,可在30～110 dB范围内调控多层结构薄膜的屏蔽效能。但随着薄膜层数的增加,屏蔽效能增长率及比屏蔽效能均快速下降。通过热压成型法制备了碳纳米管薄膜/聚丙烯三明治结构(S-BP)复合材料。S-BP的屏蔽效能随d值的增加单调增加直至达到最佳值,随后进入平台期(X波段:d=0.32～0.42λ,λ=25 mm),之后继续增大d值,由于出现谐振峰,屏蔽效能急剧下降。Ku波段的平台期向较小d值方向移动。多层结构与三明治结构均可实现大于100 dB的屏蔽效能,且以吸收损耗为主。与具有相同屏蔽层组分的多层结构屏蔽材料相比,含有两层透波层的三明治结构屏蔽材料的屏蔽效能可提升90.7%,且屏蔽效能的提升主要是吸收损耗的贡献。为提升碳纳米管薄膜的电磁匹配程度,制备了 BP/Fe3O4和BP/Fe3O4/PANI复合薄膜,研究了 Fe3O4和聚苯胺对薄膜机械性能、电性能、磁性能、屏蔽性能的影响。随着沉积液中铁离子浓度的增大,Fe3O4的形貌由薄片状转变为颗粒状,且负载量逐渐增大。BP/Fe3O4的电导率随之下降,饱和磁化强度则随之增大。铁离子浓度为0.12 mol/L时,BP/Fe3O4的饱和磁化强度为14.3 emu/g。碳纳米管与Fe3O4之间的界面极化,提升了复合薄膜的电磁屏蔽效能。聚苯胺在Fe3O4之间和Fe3O4与碳纳米管之间起到“桥梁”的作用,补偿了 Fe3O4引起的电性能的损失,同时增强了碳纳米管、Fe3O4与聚苯胺之间的相互作用。BP/Fe304/PANI复合薄膜可保留碳纳米管薄膜的机械性能,同时提升其磁性能。由于磁损耗和界面极化衰减,BP/Fe3O4/PANI复合膜在5.85～18GHz的平均屏蔽效能(36.6 dB)与纯碳纳米管薄膜相比增长了 17.3%。