寧波材料所在高效吸波材料的規(guī)?;苽漕I(lǐng)域取得研究進(jìn)展
無線通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展使得各類高集成和高功率的電子電器設(shè)備的數(shù)量急劇增加,導(dǎo)致電磁干擾和電磁污染問題日益突出。電磁屏蔽減少電磁輻射,提高電磁兼容,防止信息泄漏的有效途徑,其通常是將導(dǎo)電或磁性材料做成電子器件的殼體,一方面可以防止外來電磁波對(duì)內(nèi)部器件的干擾,另一方面還可以阻止內(nèi)部電磁波向外部空間的輻射。吉赫茲(GHz)頻段覆蓋移動(dòng)通訊等領(lǐng)域,針對(duì)該頻段的電磁屏蔽材料的開發(fā)和研究受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注和重視。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高分子實(shí)驗(yàn)室鄭文革研究員和沈斌副研究員長(zhǎng)期致力于輕質(zhì)電磁屏蔽材料的開發(fā)與研究,并在該領(lǐng)域取得了一系列的研究成果(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2011, 3, 918; Carbon, 2012, 50, 5117; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 2677; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 11383; Adv. Funct. Mater., 2014, 24, 4542; Carbon, 2016, 100, 375; Carbon, 2016, 102, 154; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 8050; Carbon, 2017, 113, 55; Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 13323; Compos. Sci. Technol., 2017, 138, 209; Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 38255; Compos. Sci. Technol., 2018, 158, 86; Carbon, 2018, 139, 271; ACS Sustain. Chem. Eng., 2019, 7, 9663; ACS Sustain. Chem. Eng., 2019, 7, 18718; Compos. B Eng., 2020, 198, 108250; Compos. B Eng., 2020, 182, 107615; Chem. Eng. J., 2021, 405, 126927)。
為了進(jìn)一步提高電磁波在屏蔽材料內(nèi)部的吸收損耗,拓展其在微波暗室的吸波角錐等方面的商業(yè)化應(yīng)用。該課題組近期又以二氧化碳為發(fā)泡劑,通過釜壓發(fā)泡法制備出堆積密度為45-90g/L的聚丙烯/炭黑(PP/CB)復(fù)合發(fā)泡粒子(圖1左),而后通過高溫水蒸氣成型工藝制備出大尺寸的聚丙烯/炭黑復(fù)合泡沫板(60×30×10cm3,圖1中)。結(jié)果表明,該P(yáng)P/CB復(fù)合泡沫不僅具有較低的密度(0.030-0.117g/cm3),還具有良好的力學(xué)性能(75%壓縮強(qiáng)度約為6.2-41.2MPa,拉伸強(qiáng)度約為0.4-0.9MPa,斷裂伸長(zhǎng)率約為6%-17%)。更重要的是,良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和泡孔結(jié)構(gòu)(圖1右)還賦予了該類材料優(yōu)異的吸波和電磁屏蔽性能。炭黑含量為25wt%的PP/CB復(fù)合泡沫(PPCB25)在2-18GHz頻段內(nèi)的反射損耗(RL)最低約為-60dB,其有效吸波(RL<-10dB)頻寬高達(dá)15GHz(圖2)。此外,對(duì)該P(yáng)P/CB復(fù)合泡沫電磁屏蔽性能測(cè)試還表明,炭黑含量為30wt%的PP/CB復(fù)合泡沫(PPCB30)在6-18GHz頻段能夠屏蔽~99%-99.92%的入射電磁波能量(圖3)且電磁波吸收效率高達(dá)~80%-97%。上述研究結(jié)果已發(fā)表于復(fù)合材料國(guó)際期刊Composites Communications(Compos. Commun., 2020, 20, 100358; Compos. Commun., 2020, 22, 100508)。
上述工作得到了寧波市2025重大科技專項(xiàng)(2019B10092和2018B10054)、寧波市自然科學(xué)基金(2018A610004)的大力資助。

圖1 聚丙烯/炭黑(PP/CB)復(fù)合發(fā)泡粒子和成型板材的照片,及其泡孔SEM圖片
圖2 不同炭黑含量、厚度和密度的聚丙烯/炭黑(PP/CB)復(fù)合泡沫材料在2-18GHz的吸波性能曲線
圖3 不同密度的聚丙烯/炭黑(PP/CB)復(fù)合泡沫材料(厚度4cm)在4-18GHz的電磁屏蔽性能曲線
(高分子與復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室 沈斌)