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浙工大王旭教授/馬猛副教授團隊 CEJ：高屏蔽、低反射磁-電雙梯度結構電磁屏蔽復合膜材料
2022-10-15  來源：高分子科技

  近年來，5G時代推動了電子電氣設備的快速發(fā)展，大量新興電子電氣設備涌入交通、通信、家用電器等人類生活中的每個角落，為生活帶來了便利。但是，同時也產(chǎn)生了更多的電磁(EM)輻射，使周圍的電磁環(huán)境更加惡劣，引發(fā)了一系列的環(huán)境問題和社會問題。高效的電磁屏蔽材料可以有效的減輕或消除電磁輻射帶來的影響。相對于比重大、耐酸堿性差的傳統(tǒng)金屬材料，碳基材料由于具有輕量和柔韌性好的特點受到了人們的青睞，但是如何設計開發(fā)一種輕薄、高效能同時兼具低反射特性的電磁屏蔽材料仍是一項重要挑戰(zhàn)。


  基于上述背景，并在前期可控梯度導電結構的復合膜屏蔽材料研究的基礎上（Compos Sci Technol, 2022, 226, 109540），浙江工業(yè)大學的王旭教授、馬猛副教授團隊通過逐層真空過濾法制備了具有可控磁電雙梯度結構的多層CNF/MXene/FeCo復合膜（圖1）。梯度結構有效優(yōu)化了復合膜與空氣的阻抗匹配，豐富了損耗機制(介質(zhì)損耗、磁損耗、多重反射損耗)，促進電磁波在復合膜基體中發(fā)生衰減損耗，從而減少電磁波反射。當復合膜厚度為340 μm 時，其EMI SE達到58.0 dB，而R值降至0.61（圖2）。同時為深入探究磁-電雙梯度結構的作用，研究了不同入射方向下復合膜的電磁屏蔽性能（圖3）。當入射方向改變時，三種復合膜的SET幾乎相同，但SER有顯著差異，證明了磁電雙梯度結構的高效性和合理性。此外，本工作還深入研究了過渡層和反射層厚度對EMI屏蔽性能的影響（圖4、圖5）。復合膜的SET不隨過渡層厚度的變化而變化，然而隨著過渡層厚度的增加，電磁波有更多機會與MXene和FeCo相互作用衰減，SER顯著降低。復合膜的SET隨反射層厚度的增加而增加，復合膜的R值保持穩(wěn)定。梯度結構中的過渡層在改善阻抗匹配、提供介電損耗和磁損耗方面發(fā)揮了重要的作用，而反射層的作用是阻止電磁波穿過材料并提供EMI SE。針對上述結果，論文提出了復合膜的電磁屏蔽及電磁波的吸收機理（圖6），這項工作對進一步提高電磁干擾屏蔽材料的吸收性能和屏蔽性能具有一定的指導意義。研究成果近日以“Cellulose nanofiber/MXene/FeCo composites with gradient structure for highly absorbed electromagnetic interference shielding”為題發(fā)表于《Chemical Engineering Journal》期刊，論文的通訊作者為浙江工業(yè)大學王旭教授、馬猛副教授，研究得到了國家自然科學基金，浙江省自然基金和浙江省重點研發(fā)計劃等項目的支持。


圖1 CNF/MXene/FeCo梯度復合膜制備示意圖及CNF/MXene(0-5-10-15-100)、 CNF/MXene/FeCo-H、CNF/MXene/FeCo-G復合薄膜斷面形貌


圖2 CNF/MXene(0-5-10-15-100)、CNF/MXene/FeCo-H和CNF/MXene/FeCo-G復合膜的電磁屏蔽性能


圖3 復合膜在不同入射方向的電磁屏蔽性能


圖4 過渡層厚度對復合膜電磁屏蔽及電磁波吸收性能的影響


圖5反射層厚度對復合膜電磁屏蔽及電磁波吸收性能的影響

圖6 CNF/MXene/FeCo-G復合膜的EMI屏蔽機理


  該工作是團隊近期關于電磁屏蔽材料相關研究的最新進展之一。在過去的幾年中，該團隊著眼于聚合物基功能復合材料的制備及結構性能調(diào)控研究，通過真空輔助抽濾法制備了具有各向異性高導熱、電絕緣的納米纖維素（NFC）基復合薄膜（Chem. Eng. J, 2020, 392, 123714）；探索研究了不同大小氧化鋁(Al2O3)顆粒負載的還原氧化石墨烯雜化填料對NFC基復合薄膜導熱性能的影響（Nanotechnology, 2022, 33, 135711）；以MXene輔助GNPs分散的方法實現(xiàn)了制備兼具優(yōu)異電磁屏蔽性能和高面內(nèi)導熱性能的復合薄膜（ACS Appl. Nano Mater. 2022, 5, 7217?7227）。另外，通過真空輔助過濾過程中的沉積自然形成磁-電雙梯度結構的CP/PGFF/Fe3O4復合材料（J Mater Sci Technol, 2023, 133, 102-110），實現(xiàn)了良好的電磁干擾屏蔽性能，在通信技術、信息泄漏防護和便攜式電子領域具有廣闊的應用前景。


  原文鏈接：

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139471

  https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109540

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123714

  https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac44e7

  https://doi.org/10.1021/acsanm.2c01126

  https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.05.057

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（責任編輯：xu）
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