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  隨著5G移動(dòng)通訊等先進(jìn)通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，尋求輕質(zhì)、高效、性能穩(wěn)定的新型電磁屏蔽材料已成為下一代高功率電子設(shè)備獲得安全可靠電磁防護(hù)最為緊迫的需求。理想的電磁屏蔽材料應(yīng)當(dāng)能夠在提供高效電磁防護(hù)的同時(shí)有效應(yīng)對(duì)燒蝕、磨損以及溶劑侵襲等復(fù)雜工作環(huán)境。而當(dāng)前普遍以易于熔融或溶解的通用聚合物為基體制備得到的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料（CPCs）通常表現(xiàn)出較低的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性、較差的耐腐蝕能力和極低的耐火安全性，將其作為電磁屏蔽材料使用仍難以在嚴(yán)苛工作環(huán)境下為設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的電磁防護(hù)。開(kāi)發(fā)一種在高性能工程樹(shù)脂基體中構(gòu)建3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來(lái)制備多功能CPC屏蔽材料的新方法仍然面臨極大挑戰(zhàn)。

圖1 Ag/PPS復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及多功能特性示意圖

  近日，中北大學(xué)段宏基、楊雅琦課題組基于銀-硫配位反應(yīng)誘導(dǎo)原位界面增強(qiáng)策略在特種工程塑料聚苯硫醚（PPS）基體中構(gòu)筑高效三維銀導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了高性能樹(shù)脂基電磁屏蔽復(fù)合材料的功能化集成。通過(guò)納米銀顆粒包覆PPS粒子核-殼結(jié)構(gòu)前驅(qū)粒子設(shè)計(jì)及熱壓成型手段，利用PPS主鏈硫原子與銀層中銀離子的銀-硫（Ag-S）配位反應(yīng)原位誘導(dǎo)了PPS基體與三維銀網(wǎng)絡(luò)間極強(qiáng)的界面作用，成功獲得了兼具優(yōu)異電磁屏蔽性能、良好導(dǎo)熱、阻燃及耐磨等特性的Ag/PPS多功能復(fù)合材料（圖1）。銀在極低含量下（1.48 vol％）即可形成完善的3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率超過(guò)88000 S/m，X波段平均屏蔽效能接近90 dB，熱導(dǎo)率可達(dá)1.15 W/m·K，有望滿(mǎn)足集成化高散熱大型電子器件對(duì)電磁屏蔽防護(hù)材料的使用要求（圖2）。

圖2 不同Ag含量下Ag/PPS復(fù)合材料的電導(dǎo)率(a), 電磁屏蔽效能(b), SEA, SER和SET值(c), 以及加熱和冷卻時(shí)的紅外熱成像圖片。

  Ag/PPS良好的界面結(jié)合有效保護(hù)了復(fù)合材料中的三維銀網(wǎng)絡(luò)，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及各種常用有機(jī)溶劑中浸泡10小時(shí)后復(fù)合材料電導(dǎo)率和屏蔽性能幾乎不變，表現(xiàn)出優(yōu)異的屏蔽穩(wěn)定性和耐溶劑性；對(duì)材料進(jìn)行火焰燒蝕后其外觀(guān)和尺寸基本不變，屏蔽效能仍能保持在73.7 dB，具有出色的阻燃性能和耐火焰侵蝕屏蔽穩(wěn)定性。Ag的引入同時(shí)賦予了復(fù)合材料優(yōu)異的減磨耐磨特性和抗菌性能（圖3）。該工作提供了在高性能樹(shù)脂基體中實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與控制的簡(jiǎn)單易行的方法，為高性能電磁屏蔽復(fù)合材料的功能化設(shè)計(jì)與集成提供了新策略。

圖3 (a) Ag/PPS復(fù)合材料耐溶劑實(shí)驗(yàn)前后的電磁屏蔽效能，(b)復(fù)合材料的耐火焰燒蝕屏蔽穩(wěn)定性, (c) 復(fù)合材料抗菌實(shí)驗(yàn)光學(xué)照片。

  該研究成果近日以“Multifunctional and corrosion resistant poly(phenylene sulfide)/Ag composites for electromagnetic interference shielding”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》雜志上。論文第一作者為中北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生任威，共同通訊作者為中北大學(xué)段宏基副教授和楊雅琦副教授。研究工作得到四川大學(xué)楊杰教授、李忠明教授、鄢定祥研究員的大力支持和幫助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129052