【摘 要】
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随着信息科技的快速发展,新一代的电子智能设备不断趋于小型化、高频化,这些电子产品使人们的工作和生活更加便利,但众多电子元器件在使用过程中产生的电磁辐射污染日益严重,不仅影响精密器件的性能,还威胁着人类的健康。因此,各种各样的电磁屏蔽材料应用而生。导电聚合物复合材料(Conductive Polymer Composites,简称CPCs)以其重量轻、成型性能好、耐化学腐蚀、加工性优良、成本低等优点
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随着信息科技的快速发展,新一代的电子智能设备不断趋于小型化、高频化,这些电子产品使人们的工作和生活更加便利,但众多电子元器件在使用过程中产生的电磁辐射污染日益严重,不仅影响精密器件的性能,还威胁着人类的健康。因此,各种各样的电磁屏蔽材料应用而生。导电聚合物复合材料(Conductive Polymer Composites,简称CPCs)以其重量轻、成型性能好、耐化学腐蚀、加工性优良、成本低等优点,受到了广泛的关注,成为最具有应用前景的电磁屏蔽材料之一。但传统的CPCs获得理想的电磁屏蔽效能(EMI SE)通常需要高的填料含量和大的屏蔽厚度,这在很大程度上限制了它们的实际应用。因此,设计和制造低填料含量,高电磁屏蔽效能的CPCs具有迫切的理论意义和潜在的应用前景。为满足电磁屏蔽材料“低成本、吸收强度高”的发展趋势,本文首先采用简单的浸渍工艺使石墨烯(GNs)附着于碳毡(CF)表面,成功制备了不同石墨烯含量的GNs@CF三维导电骨架,然后通过真空浸渍工艺引入环氧改性氰酸酯前驱体(EP-CE)固化获得GNs@CF/EP-CE复合材料。通过扫描电镜(SEM)和矢量网络分析对GNs@CF/EP-CE复合材料的微观结构和电磁屏蔽效能(EMI SE)进行了研究。研究发现,由于GNs褶皱的多片层结构,GNs在碳毡表面形成了致密的导电网络,当外界有电磁波传输时,会经历多次反射损耗,从而有效的提升了复合材料的屏蔽性能。当GNs含量为0.49 wt%时,复合材料的电导率可达10.15 S/m,其在X波段(8.2~12.4 GHz)的总电磁屏蔽效能高达41.85 dB。是一种屏蔽机制以吸收为主的复合材料。其次,基于浸渍法可在碳纤维骨架上构建GNs导电网络,通过引入四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒,研究多元材料的协同效应对复合材料的性能影响。采用溶剂热法在碳毡表面原位制备Fe3O4纳米粒子,然后通过简单的浸渍工艺使GNs均匀分布在Fe3O4@CF表面,最后用热塑性聚氨酯(TPU)溶液包封,制备出三维结构的GNs@Fe3O4@CF/TPU复合材料。采用磁滞回线(VSM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和热失重曲线(TGA)等手段对GNs@Fe3O4@CF/TPU的组成和结构进行研究。结果表明,通过实验成功制备出Fe3O4纳米粒子且负载到CF表面。由于Fe3O4与GNs使GNs@Fe3O4@CF/TPU复合材料同时具有磁损耗和介电损耗,再加上二者的协同作用,制备的复合材料具有更高的电导率(24.87 S/m)和优异的屏蔽效能(49.9 dB),在电磁屏蔽领域具有潜在的应用前景。此项工作为三维结构电磁屏蔽复合材料的研究进一步奠定了基础。
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