川大Chemical Engineering Journal：具有定向偏析导电网络的复合材料的选择性电磁屏蔽性能和优异的机械强度
随着通信技术和电子工业的飞速发展，随之而来的电磁(EM)污染已成为一个不可避免的问题，严重危害着人们因为暴露在周围电子设备日常运行产生的电磁波环境下的健康。为了满足屏蔽要求，导电聚合物复合材料（CPCs）作为有前景的屏蔽材料，因其多功能性、重量轻、耐腐蚀性和可调性能而引起广泛关注。CPCs的电磁干扰屏蔽效能(EMI SE)不仅与导电性能有关，而且与复合材料的内部结构有关。电磁波的反射是由阻抗匹配决定的，阻抗匹配与材料的电导率有关。导电损耗有助于入射波的吸收。但导电填料过多会对CPCs的其他如材料成本、加工性能、机械可靠性等重要性能产生不利影响。此外，电导率过高会引起电磁波反射高，导致二次电磁辐射污染严重。因此，为了实现CPCs在低填料负载下的高电磁干扰屏蔽性能，人们通过控制填料的分散性，对CPCs的结构设计进行了大量的研究。
近日，四川大学徐家壮、徐玲等人通过固相拉伸在碳纳米管(CNT)/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料中实现了定向偏析结构，通过采用不同的拉伸比来控制偏析网络的取向。该复合材料具有独特的定向偏析结构，具有优异的电磁干扰屏蔽性能和频率选择性，这是传统隔离复合材料所没有的。此外，该定向偏析复合材料的力学性能得到了显著的增强，这归因于沿偏析路径的界面结晶和高度取向片层的形成。相关研究结果以“Selective electromagnetic interference shielding performance and superior mechanical strength of conductive polymer composites with oriented segregated conductive networks”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上。
定向偏析结构CNT/UHMWPE复合材料的制备示意图
在拉伸比为6时，添加2wt％CNT的取向偏析复合材料最大EMI屏蔽效能为33.5dB，抗拉强度为216.1MPa，分别比常规偏析复合材料高69.2％和455.5％。该研究为设计和制造具有机械稳固性、带宽选择性的EMI屏蔽复合材料提供了一种简单、可行和有效的方法。
研究工作得到国家自然科学基金（51533004,21878184和21704070），四川省科技厅（2018JZ0055），高分子材料工程国家重点实验室（sklpme2016-3-08）的资助。
DOI: 10.1016/j.cej.2019.05.074