無線通訊技術的迅猛發(fā)展使得各類高集成(chéng)和高功率的電子電器設備的數量急劇增加，導緻電磁幹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，防止信息洩漏的有效途徑，其通常是將(jiāng)導電或磁性材料做成(chéng)電子器件的殼體，一方面(miàn)可以防止外來電磁波對(duì)内部器件的幹擾，另一方面(miàn)還(hái)可以阻止内部電磁波向(xiàng)外部空間的輻射。吉赫茲（GHz）頻段覆蓋移動通訊等領域，針對(duì)該頻段的電磁屏蔽材料的開(kāi)發(fā)和研究受到了世界各國(guó)的廣泛關注和重視。中國(guó)科學(xué)院甯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(cháng)期緻力于輕質電磁屏蔽材料的開(kāi)發(fā)與研究，并在該領域取得了一系列的研究成(chéng)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）。
爲了進(jìn)一步提高電磁波在屏蔽材料内部的吸收損耗，拓展其在微波暗室的吸波角錐等方面(miàn)的商業化應用。該課題組近期又以二氧化碳爲發(fā)泡劑，通過(guò)釜壓發(fā)泡法制備出堆積密度爲45-90g/L的聚丙烯/炭黑（PP/CB）複合發(fā)泡粒子（圖1左），而後(hòu)通過(guò)高溫水蒸氣成(chéng)型工藝制備出大尺寸的聚丙烯/炭黑複合泡沫闆（60×30×10cm3，圖1中）。結果表明，該PP/CB複合泡沫不僅具有較低的密度（0.030-0.117g/cm3），還(hái)具有良好(hǎo)的力學(xué)性能(néng)（75%壓縮強度約爲6.2-41.2MPa，拉伸強度約爲0.4-0.9MPa，斷裂伸長(cháng)率約爲6%-17%）。更重要的是，良好(hǎo)的導電網絡和泡孔結構（圖1右）還(hái)賦予了該類材料優異的吸波和電磁屏蔽性能(néng)。炭黑含量爲25wt%的PP/CB複合泡沫（PPCB25）在2-18GHz頻段内的反射損耗（RL）最低約爲-60dB，其有效吸波（RL＜-10dB）頻寬高達15GHz（圖2）。此外，對(duì)該PP/CB複合泡沫電磁屏蔽性能(néng)測試還(hái)表明，炭黑含量爲30wt%的PP/CB複合泡沫（PPCB30）在6-18GHz頻段能(néng)夠屏蔽～99%-99.92%的入射電磁波能(néng)量（圖3）且電磁波吸收效率高達～80%-97%。上述研究結果已發(fā)表于複合材料國(guó)際期刊Composites Communications（Compos. Commun., 2020, 20, 100358; Compos. Commun., 2020, 22, 100508）。
上述工作得到了甯波市2025重大科技專項（2019B10092和2018B10054）、甯波市自然科學(xué)基金（2018A610004）的大力資助。
圖1 聚丙烯/炭黑（PP/CB）複合發(fā)泡粒子和成(chéng)型闆材的照片，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）複合泡沫材料在2-18GHz的吸波性能(néng)曲線
圖3 不同密度的聚丙烯/炭黑（PP/CB）複合泡沫材料（厚度4cm）在4-18GHz的電磁屏蔽性能(néng)曲線
（高分子與複合材料實驗室 沈斌）
