叶明新/沈剑锋团队研发高性能超轻电磁屏蔽薄膜 更低导电组分含量更高电导率

作者:刘岍琳摄影: 视频: 来源:《复旦》校报发布时间:2021-10-09

层状多孔结构聚酰亚胺/Ti3C2Tx复合电磁屏蔽薄膜:

(A)设计与制备过程,(B)力学性能,(C)常温下电磁屏蔽性能与机理(D)恶劣条件下电磁屏蔽性能。

高频电磁波干扰产生杂讯,影响通讯品质,并影响人们健康。降低干扰一直是电磁通讯用材料领域学术界和企业界的共同目标。专用材料与装备技术研究院叶明新/沈剑锋团队报道了一种具有优异屏蔽性能的层状多孔高性能薄膜材料,并有望实现规模化生产,因此往极大降低干扰这个目标又迈进了一步。

相关成果9月23日以《在极端环境下保持稳定电磁屏蔽性能的层状多孔聚酰亚胺/Ti3C2Tx薄膜》“Hierarchically Porous Polyimide/Ti3C2Tx Film with Stable Electromagnetic Interference Shielding after Resisting Harsh Conditions”为题发表于《科学-进展》(Science Advances)。

电磁屏蔽薄膜是一种新型的防电磁辐射、抗电磁干扰的透光屏蔽器件,能有效阻断无线电波、红外、紫外等各种电磁通讯和窃听技术常用频率的辐射。该研究涉及光学、电学、金属材料、化工原料、玻璃、机械等诸多领域,研究成果可广泛用于电磁兼容领域,如笔记本电脑、GPS、ADSL和移动电话等3C产品。

随着现代电子通讯设备的持续发展以及电子器件的不断集成化和小型化,电磁屏蔽材料在确保电子设备稳定运行,可以极大减少电磁辐射对人体伤害等方面发挥着越来越重要的作用。然而,商业化的金属屏蔽材料易被腐蚀和密度较大;已报道的导电高分子复合材料又受到电导率低、不耐极端环境条件等限制,难以满足航天航空领域中电子器件对于电磁屏蔽材料的需求。因此,兼具轻量化、耐高低温、耐热冲击且低成本的电磁屏蔽材料的研发对航天航空用电子器件的稳定运行具有重要意义。

叶明新/沈剑锋团队长期致力于航天航空领域高性能复合材料的研究,最新报道的这种高性能薄膜材料在极端条件下仍具有优异力学性能和电磁屏蔽性能。该研究异于传统共混法,提出了一种通过“浸渍热压”工艺实现的电磁屏蔽薄膜材料,相较于传统的导电复合材料需要大量导电组分,新材料的导电组分含量极低,并保持了高电导率。

该研究在单定向结构聚酰亚胺弹性气凝胶的有序孔道中,通过浸渍法吸附一层二维导电Ti3C2Tx纳米片,进一步通过“真空热压”和“释压回弹”在薄膜内部构建层状多孔的微结构。所制得的薄膜材料密度仅0.39 g/cm3,且在-100 ℃,25 ℃和250 ℃条件下,拉伸强度均保持大于120 MPa,展现了轻量化的特性和良好的力学性能。并且由于孔道内部连续化的导电通路,在Ti3C2Tx纳米片含量仅为2.0 vol%时,其电导率就可达1.6×103 S/cm。得益于这种层状多孔结构和连续化的导电通路,在薄膜厚度为90μm时,其绝对电磁屏蔽效能可达15, 527 dB cm2g-1, 实现了“少量导电填料实现高屏蔽效能”的设计思路。更重要的是,在湿热、火烧、250℃高温、-196℃低温、温差为446℃的快速循环热冲击等恶劣条件下处理后,仍能保持上述优异的电磁屏蔽性能,在应用环境恶劣的深空探测中展现出巨大的应用潜能。

复旦大学专用材料与装备技术研究院为论文第一单位;材料科学系博士研究生程扬为第一作者;复旦大学专用材料与装备技术研究院教授叶明新和沈剑锋为通讯作者。


制图:实习编辑:责任编辑:

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