扫一扫 加微信
首页 > 科研探索 > 科学研究 > 消息正文
首页 > 科研探索 > 科学研究 > 消息正文
西北工业大学顾军渭教授在电磁屏蔽高分子复合材料领域取得新进展
发布:lee_9124   时间:2019/11/9 3:37:55   阅读:85 
分享到新浪微博 分享到腾讯微博 分享到人人网 分享到 Google Reader 分享到百度搜藏分享到Twitter
快速发展的电信技术和数字系统为人类生活带来便捷的同时,也产生了大量的电磁干扰(EMI),不仅影响敏感电子设备和系统的正常运行,还威胁着人们的健康。

传统电磁屏蔽材料大多为金属(如铜、铝和镍等)及其合金材料,具有非常优异的电磁屏蔽性能,但同时存在比重大、不耐腐蚀和柔韧性差等缺点。聚合物基导电复合材料凭借轻质、比强度/比模量高、耐腐蚀、化学稳定性优异、性能可调以及易加工成型等诸多优势,在电磁屏蔽领域日渐受到青睐。
设计制备质轻、力学性能优异、电导率(σ)且电磁屏蔽效能(EMI SE)高,尤其能实现复杂结构件成型以及规模化生产的电磁屏蔽高分子复合材料对高频率和大功率电子设备及其元器件的研制开发及更新换代具有十分重要的理论意义和指导价值。

西北工业大学顾军渭教授“结构/功能高分子复合材料”(SFPC)课题组自2018年以来开始从事电磁屏蔽高分子复合材料的设计构筑、可控制备及内禀机理研究。基于“电/磁”填料的微结构优化制备、三维导电通路的高效构筑、复合材料的辐射仿真模拟及电磁屏蔽机理研究,制备出多种高σ和EMI SE的高分子复合材料及制品。

截止目前,本研究方向已主持国家自然科学基金1项;陕西省自然科学基础计划杰出青年基金项目、航天科学技术基金和航空科学基金等省部级基金/项目4项。2019年至今已在Carbon, Nanoscale和Compos Sci Technol等期刊发表第一作者/通讯作者SCI论文13篇,SCI引用350余次(其中3篇论文同时入选ESI热点论文和ESI高被引论文);授权、公开国家发明专利6件;参编Wiley出版社专著1部(第19章--电磁屏蔽聚合物纳米复合材料)。

(1)共混型电磁屏蔽高分子复合材料的制备研究。SFPC课题组通过在聚苯乙烯(PS)、共掺杂聚苯胺(c-PANI)和环氧树脂基体中分别填充石墨纳米微片(GNPs)和Ti3C2TxMXene等导电填料,分别制备出X波段EMI SE高达33 dB、36 dB和41 dB的GNPs/PS(Composites Part A, 2019, 124: 105484)、Ti3C2Tx/c-PANI(Compos Sci Technol, 2019, 183: 107833)和Ti3C2Tx/环氧树脂(Composites Part B, 2019, 171: 111)电磁屏蔽复合材料。并基于“电/磁”复合颗粒的协同提升效应,设计制备出兼具优异磁性和突出导电性的MWCNT-Fe3O4@Ag纳米复合颗粒(图1,Carbon, 2019, 141: 506),有效解决了直接共混法制备的碳纳米管/环氧树脂复合材料EMI SE低的问题。
 
 

图1 MWCNT-Fe3O4@Ag/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的制备及性能研究

(2)石墨烯膜/环氧树脂电磁屏蔽复合材料的制备研究。SFPC课题组通过将制备的高度规整的石墨烯膜(RGFs)定向排列构筑于环氧树脂基体中(图2),制备出X波段EMI SE高达82 dB的RGFs/环氧树脂电磁屏蔽复合材料(Composites Part A, 2019, 124: 105512)。RGFs充当电子传输的高速通道,避免了与环氧树脂基体间过多的界面连接,减少了电子的传输障碍,显著地提高了RGFs/环氧树脂电磁屏蔽复合材料的σ和EMI SE。
 
 
 
图2 RGFs/环氧树脂电磁屏蔽复合材料的制备示意图

(3)三维导电骨架/环氧树脂电磁屏蔽复合材料的可控设计及制备研究。SFPC课题组基于Fe3O4/TAGA(Compos Sci Technol, 2019, 169: 70)、Fe3O4/CNT/GA(Compos Sci Technol, 2019, 181: 107683)、PANI/MWCNT/TAGA(Composites Part A, 2019, 121: 265)、MXene/C(Composites Part A, 2019, 123: 293,图3)、CuNWs-TAGA(Composites Part A, 2020, 128: 105670)和GNPs/GA(J Mater Chem C, 2019, 7: 2725)等三维导电骨架的结构优化设计与可控构筑,制备出优异电磁屏蔽效能的环氧树脂复合材料,实现了极低填料用量下环氧树脂复合材料EMI SE的快速高效提升。以氧化铝蜂窝为模板成功构筑了高承载性能、结构规整的石墨烯蜂窝网络结构(rGH),实现了低石墨烯用量(1.2 wt%)下导电通路的高效形成,快速提升了环氧树脂电磁屏蔽复合材料的σ和EMI SE(Compos Sci Technol, 2019, 181: 107698)。
 
 
 
图3 MCF/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的制备示意图

最近,SFPC课题组2017级博士研究生梁超博同学基于三维石墨烯泡沫(rGF)结构的优化设计,制备出一种轻质、高强、电磁屏蔽性能优异的银纳米片(AgPs)/rGF/环氧树脂复合材料,实现了AgPs在环氧树脂基体内的最佳分散。利用石墨烯辅助成型技术在环氧树脂基体内成功构筑了三维异质中空球型结构,极大延长了电磁波在材料内部的反射路径,仅加入1.34 vol AgPs/rGH(0.40 vol% rGH + 0.94 vol% Ag),AgPs/rGF/环氧树脂复合材料在X波段的EMI SE就达到58 dB。此外,基于对“电磁波-屏蔽体”响应关系的研究,通过有限元模拟分析真实还原了AgPs/rGF/环氧树脂对入射电磁波的耗散过程(图4),揭示了复合材料结构构造与电磁波的作用机制,这种全新的研究思路和制备方法有望为新型电磁屏蔽高分子复合材料的设计研发提供必要的理论依据和技术支撑。
 

 
图4 AgPs/rGF/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的制备、仿真模拟及屏蔽机理研究

本工作近期以“Constructing interconnected spherical hollow conductive networks in silver platelets/reduced graphene oxide foam/epoxy nanocomposites for superior electromagnetic interference shielding effectiveness”为题发表在Nanoscale上(2019, DOI: 10.1039/C9NR06022G),论文第一作者为17级博士研究生梁超博。本研究工作得到了国家自然科学基金(51973173)、陕西省自然科学基础计划杰出青年基金项目(2019JC-11)、航天科学技术基金(2019-HT-XG,2018-HT-XG)、航空科学基金(2017ZF53071)和西北工业大学2019年度研究生校企协同创新基金(XQ201913)的资助。
 

来源:高分子科技
 
相关信息
   标题 相关频次
  3D打印在人体器官应用中的重大突破
 1
 "CCCM-2" 第二届中国国际复合材料科技大会通知
 1
 “空铁”在中国低调竣工,这个技术靠谱!为中国制造点个赞!
 1
 《无损检测》2018年专题报道征稿启事
 1
 《无损检测》2018年专题报道征稿启事
 1
 【深度】车企遭遇滑铁卢、碳纤维应用瓶颈难突破,出路在哪里?
 1
 2016年第51届法国国际复合材料展
 1
 2017年我国传热铝复合材料或达85万吨
 1
 2018复合材料新标准、新技术及新材料应用研讨会
 1
 2018复合材料新标准、新技术及新材料应用研讨会
 1
 3D打印“嵌入几何光学”的超材料(MEGO)
 1
 3D打印的“新宠”—复合材料打印头
 1
 3D打印碳纳米管与聚合物复合材料的焊接
 1
 3D打印碳纤维复合材料的下一个目标:飞机高性能结构件
 1
 Advanced Materials:加利福尼亚大学发现高韧性人字形结构的生物复合材料
 1
 Al2O3纤维增强铝基复合丝腐蚀行为及机理研究
 1
 C/SiC复合材料拉伸过程的声发射研究
 1
 Ca-α/β-Sialon结合刚玉复合材料的力学性能
 1
 CIKONI最先成功设计碳纤维复合材料结构
 1
 GE航空集团对陶瓷基复合材料进行点火测试
 1
 iPhone 7机壳或采用新型复合材料 可集成天线
 1
 MGF/PLA复合材料的制备及性能
 1
 MoS2、CdO及聚全氟乙丙烯填充改性聚四氟乙烯
 1
 NASA完成首次火箭壳体测试 使用复合材料提高性能
 1
 NASA先进复合材料联盟再添生力军
 1
 PP-g-MAH改性SGF+POE/FPP复合材料的制备及性能
 1
 Si3N4p-SiCw/MoSi2复合材料的强韧化效果与机制
 1
 SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应及其影响
 1
 SiCP/6061Al复合材料高温单轴拉伸时相关棘轮行为的细观本构模型
 1
 SiC颗粒增强铝基复合材料的摩擦磨损性能
 1
 T300/648复合材料的湿热老化行为
 1
 T700和T300碳纤维增强环氧树脂基复合材料耐湿热老化性能的对比
 1
 Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料的应用前景
 1
 Ti3SiC2/SiC复合材料高温氧化行为研究
 1
 TiB2/Al复合材料喷丸后微区残余应力的有限元模拟
 1
 X射线检测技术在复合材料检测中的应用与发展
 1
 X射线源透射式工业计算机断层扫描成像技术在复合材料工件检测中的散射修正
 1
 YANG XiaoLin,LV BoPing,XIAN MingLe
 1
 ZrO2与HA复合粉体的烧结行为
 1
 阿波罗-2:采用碳纤维复合材料打造的私人飞机
 1
 澳大利亚复合材料造无人水面艇问世
 1
 包覆镍CNTs/AM60复合材料铸态显微组织与力学性能
 1
 包覆镍的碳纳米管增强AZ91镁基复合材料的显微组织与力学性能
 1
 变厚度碳纤维/环氧树脂基复合材料层压板的多电子闸门C扫成像
 1
 表面处理方法对剑麻纤维/酚醛树脂复合材料性能的影响
 1
 波音737飞机发动机反推装置内侧壁板复合材料的无损检测
 1
 玻璃陶瓷复合材料的研究进展
 1
 玻璃纤维复合材料板声发射信号传播特性
 1
 玻璃纤维复合材料分层缺陷的红外热波检测
 1
 玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料在温湿和紫外辐照环境中的老化行为
 1