【摘 要】
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随着信息技术的快速发展,高功率的电磁辐射造成的环境污染问题引起人们的广泛关切。现有的屏蔽体材料（金属板）存在着比重大、柔性差等缺点,难以满足诸如轻量、可穿戴等复杂应用需求。而普通纺织材料的电磁学参数不能达到如金属、半导体所具有的数量级,不具备任何电磁功能。如何设计轻质多孔的电磁干扰屏蔽材料以满足与可穿戴电子相关的应用领域已经成为当前研究的热点。本文使用湿化学法、磁控溅射和冷冻干燥等技术得到了具有轻
【基金项目】
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国家自然科学基金（51503160）；
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随着信息技术的快速发展,高功率的电磁辐射造成的环境污染问题引起人们的广泛关切。现有的屏蔽体材料（金属板）存在着比重大、柔性差等缺点,难以满足诸如轻量、可穿戴等复杂应用需求。而普通纺织材料的电磁学参数不能达到如金属、半导体所具有的数量级,不具备任何电磁功能。如何设计轻质多孔的电磁干扰屏蔽材料以满足与可穿戴电子相关的应用领域已经成为当前研究的热点。本文使用湿化学法、磁控溅射和冷冻干燥等技术得到了具有轻质多孔特性的导电织物和气凝胶,并探究其结构和电磁干扰屏蔽性能之间的关系。具体研究内容如下:选用具有无纺和针织结构的两种PET无纺布作为基布,通过原位聚合PPy及后续化学镀镍制备了具有优异的电磁屏蔽性能的两种导电织物。通过简化的织物结构和分形维数的分析,探讨了织物结构与电磁屏蔽效能之间的关系。其中Ni/PPy/NW-PET导电织物的电导率和电磁屏蔽性能分别可达到96.32Ω-1 cm-1,77.87 dB,比Ni/PPy/WK-PET导电织物(91.71Ω-1 cm-1,62.6dB)更加优异。分形维数与电磁屏蔽效能的关联性研究则表明,NW-PET具有比WK-PET更高的分形维数,在相同制备工艺下得到的导电织物的分形维数也更高。此外,电磁屏蔽性能优异的Ni/PPy/NW-PET导电织物,显示出优异的可弯折性、热-湿稳定性和水洗稳定性。更进一步,该织物还显示出应用于可穿戴织物天线的潜力,通过微带织物天线的结构设计,其反射系数和天线增益分别可达约-32.08dB和2.76dB。本研究揭示了纤维结构、孔隙率和分形维数与导电率和电磁屏蔽效能之间的关系,可能为高性能的导电织物的开发提供一种新颖的研究思路。对于功能织物来说,单纯的电磁屏蔽功能似乎已经无法满足人们的日常需求。而红外光也是电磁波的一种,开发红外反射涂层在保护物体不受红外辐射干扰方面有着至关重要的作用。上述所用湿化学法在织物表面上形成的导电颗粒存在分布杂乱的现象,而磁控溅射技术利用电场和磁场的作用来使靶材粒子溅射到织物基材上,并保证靶材粒子可以和织物纤维共形生长,保持了织物本身的柔顺性。本研究采用直流磁控溅射来制备Cu/NFs/PET复合织物,其中当溅射时间为15 min时,总屏蔽性能达到55.84dB,溅射时间为20 min时的SET则可以达到61.32dB,均展现出良好的电磁干扰屏蔽性能。同时,选用溅射时间为15 min的Cu/NFs/PET复合织物为基底,通过射频磁控溅射在其上溅射TiO2薄膜,所得织物颜色可控,随二氧化钛溅射时间可呈现从黄色到紫色的丰富色彩变化。得益于二氧化钛/铜复合结构的设计,这种柔性透气的多功能织物具有优异的电磁屏蔽性能（55.84dB）和红外隐身性能,为可穿戴设备的发展研究做出了铺垫。除了以织物为基底制备出拥有良好导电性和优异电磁屏蔽性能的功能织物外,本研究还设计出一种具有三维导电网络结构的导电高分子气凝胶。极高的导电率会导致电磁波在入射屏蔽体表面时,大部分将会被反射出去,从而造成二次污染。而具有高孔隙率的导电气凝胶则可以将入射到体内的电磁波通过多重反射来进行损耗。通过多相反应来制备碳纳米管/聚吡咯水凝胶,再经冷冻干燥后,可制备得到碳纳米管/聚吡咯气凝胶。当碳纳米管含量为0.56%时所制备的碳纳米管/聚吡咯气凝胶电磁吸波性能最佳,在保持表观密度为56.64 mg cm-3和孔隙率为95.25%的情况下,其反射损耗达到了-49.63dB。其作为具有优异电磁吸波性能的吸波体可广泛应用于电磁干扰屏蔽领域。
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