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碳纤维(CF)是一种高性能纤维,它具有比强度高、比模量高、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能,在航天、航空等高科技领域中得到了广泛应用。本文研究采用磁控溅射法在碳纤维基材上沉积纳米铜薄膜,制备柔性电磁屏蔽材料。为了增强碳纤维基材与铜薄膜之间的结合牢度,对碳纤维基材进行等离子预处理。利用X射线能谱仪(EDX)和X射线衍射仪(XRD)来研究碳纤维基纳米铜薄膜的成分组成和元素含量;利用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)来分析不同工艺参数下纳米铜薄膜的表面形貌,考察工艺参数对薄膜形貌的影响;利用四探针测试仪和矢量网络分析仪来研究不同工艺参数下碳纤维基纳米铜薄膜的导电及电磁屏蔽性能,考察工艺参数对其导电和电磁屏蔽性能的影响。主要研究内容如下:(1)等离子预处理对碳纤维表面有两种作用,一种是刻蚀作用,另一种是表面活化作用;经SEM图分析表明,预处理后,碳纤维表面的沟槽变深,部分沟槽连接在一起,增强了碳纤维与铜颗粒的机械咬合作用;尽管等离子预处理使单根碳纤维的拉伸强度下降了9.2%,但仍在可接受的范围之内;(2)在溅射功率140W、溅射压强2.0Pa、溅射时间30min下,沉积的Cu膜结晶状态良好,结晶度为40.85%;由EDX分析得出:随着溅射时间的延长,薄膜厚度增大,铜元素的质量百分数和原子百分含量均成增大趋势;(3)溅射工艺参数与纳米铜薄膜表面形貌的关系如下:随溅射时间的不同,薄膜表面形貌有较大差异;当溅射时间增大时,表面粗糙度下降,薄膜表面粒子直径变小且更加均匀,这主要是因为后续粒子到达薄膜表面时具有一定的能量,将较大集聚颗粒轰击成许多个小岛;(4)溅射工艺参数与镀铜碳纤维毡导电性能的关系如下:当溅射功率较小时,随着溅射功率增加,方块电阻和电阻率均呈现减小的趋势,当其超过180W时,两者变化不大;方块电阻和电阻率随着溅射压强的增大而呈现先减小后增大的变化趋势;溅射60min以下时,方块电阻和电阻率随着溅射时间的增加迅速下降,当溅射60min以上时,两者随时间增加的变化减小;镀铜后,方块电阻随着基材平方米克重的增加而减小;(5)溅射工艺参数与镀铜碳纤维毡电磁屏蔽性能的关系如下:随着溅射时间的增加,镀铜碳纤维毡的屏蔽效能逐渐提高,在300MHz~1500MHz频率范围内,SE值保持基本稳定的较高的状态;在溅射90min时,镀铜碳纤维毡的屏蔽效能达到44dB;织物组织和平方米克重对屏蔽效能也是有影响的,在300MHz~1200MHz范围内,平纹碳布、斜纹碳布和缎纹碳布的屏蔽效能均超过50dB,镀铜碳纤维毡优于镀铜单向碳布;镀铜后,碳纤维毡的屏蔽效能提高了144%。