泡沫型电磁屏蔽复合材料的制备及性能研究

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现代电子技术的飞速发展给人们的生活提供了极大的便利,同时也带来了严重的电磁污染。它不仅危害人的身体健康,也对电子设备的信息安全及周围设备的系统稳定性构成威胁。开发高性能的电磁屏蔽材料是解决上述问题的有效途径。近年来,为适应电子设备轻型化和高度集成化的发展趋势,轻质透气型电磁屏蔽材料逐渐成为新的研究热点。基于以上背景,本文制备了多种轻质泡沫型电磁屏蔽材料,并对其电磁屏蔽性能及屏蔽机理进行了分析。具体研究内容如下:(1)利用电沉积方法制备泡沫铜、泡沫镍及泡沫铜-镍合金三种电磁屏蔽材料。并对其形貌、成分、力学及电磁屏蔽性能进行了表征。结果表明上述三者均呈现出典型的三维中空网状骨架结构,轻质且力学性能良好。在8-12GHz频率内,三种材料均以吸收损耗为主要屏蔽机制,并且相同测试条件下泡沫镍比泡沫铜表现出更高的电磁屏蔽效能。而泡沫铜-镍合金的电磁屏蔽效能则位于三者之首,最高可达37dB,达到民用标准。(2)用电泳法分别制备了多种泡沫金属-碳基复合材料,并对其电泳参数进行了探讨。在最佳电泳条件下考察不同结构碳材料对导磁型泡沫镍、抗磁型泡沫铜以及双层合金电磁屏蔽材料性能的改善作用。实验结果表明:所制备的复合材料完整的保存了泡沫金属的开孔骨架结构,轻质且透气。在8-12GHz测试频段内,石墨烯及碳纳米管对导磁型泡沫镍和抗磁型泡沫铜的电磁屏蔽性能均有一定的增强作用,且石墨烯对二者屏蔽效能的提升较碳纳米管更大。同时,相比于导磁型泡沫镍,石墨烯及碳纳米管对导电型泡沫铜的电磁屏蔽性能改善作用更为明显,体现出两种碳材料对不同泡沫金属基底的界面波阻抗失配性差异。在此基础上研究了泡沫铜-镍-石墨烯三层复合材料的电磁屏蔽性能,结果表明多界面层复合电磁屏蔽材料之间具有良好的协同屏蔽效应,其在相同波段内最大的电磁屏蔽效能可达57dB,接近军用标准。(3)以泡沫镍为牺牲模板,利用电泳法制备得到轻质透气的泡沫石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合电磁屏蔽材料。石墨烯在聚合物骨架中相互连接形成一个全连通的三维导电网络,改善了聚合物基底的导电性及热稳定性。电磁屏蔽测试表明:在8-12GHz频率内,该复合材料以吸收损耗为主要屏蔽机制,其电磁屏蔽效能最高达到12.7dB,比屏蔽效能更高,平均可达128.6dB·cm3·g-1,是一种有前途的超轻型电磁屏蔽材料。
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