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    寧波材料所在高效吸波材料的規模化制備領域取得研究進展
    作者:,日期:2020-11-15

      無線通訊技術的迅猛發展使得各類高集成和高功率的電子電器設備的數量急劇增加,導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內部器件的干擾,另一方面還可以阻止內部電磁波向外部空間的輻射。吉赫茲(GHz)頻段覆蓋移動通訊等領域,針對該頻段的電磁屏蔽材料的開發和研究受到了世界各國的廣泛關注和重視。中國科學院寧波材料技術與工程研究所高分子實驗室鄭文革研究員和沈斌副研究員長期致力于輕質電磁屏蔽材料的開發與研究,并在該領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)。

      為了進一步提高電磁波在屏蔽材料內部的吸收損耗,拓展其在微波暗室的吸波角錐等方面的商業化應用。該課題組近期又以二氧化碳為發泡劑,通過釜壓發泡法制備出堆積密度為45-90g/L的聚丙烯/炭黑(PP/CB)復合發泡粒子(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/炭黑復合泡沫板(60×30×10cm3,圖1中)。結果表明,該PP/CB復合泡沫不僅具有較低的密度(0.030-0.117g/cm3),還具有良好的力學性能(75%壓縮強度約為6.2-41.2MPa,拉伸強度約為0.4-0.9MPa,斷裂伸長率約為6%-17%)。更重要的是,良好的導電網絡和泡孔結構(圖1右)還賦予了該類材料優異的吸波和電磁屏蔽性能。炭黑含量為25wt%的PP/CB復合泡沫(PPCB25)在2-18GHz頻段內的反射損耗(RL)最低約為-60dB,其有效吸波(RL<-10dB)頻寬高達15GHz(圖2)。此外,對該PP/CB復合泡沫電磁屏蔽性能測試還表明,炭黑含量為30wt%的PP/CB復合泡沫(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~80%-97%。上述研究結果已發表于復合材料國際期刊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(2019B10092和2018B10054)、寧波市自然科學基金(2018A610004)的大力資助。

    圖1 聚丙烯/炭黑(PP/CB)復合發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

      (高分子與復合材料實驗室 沈斌)

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