贵州大学 Nano-micro letters：定向电磁干扰屏蔽设计

wakawaka 3年前 (2022-01-27) 2930浏览

【引言】

随着以新兴5G无线系统为代表的电子设备和通讯技术的发展，电磁污染成为一个不可避免的社会问题。它不仅会干扰电子设备的正常运行，影响其精度及寿命，而且对人类的健康也有着不小的威胁。理论上，凡是电压或电流突变的场合，就会有电磁干扰问题存在。比较严重的干扰主要包括雷电及其二次效应、电力电子器件、核爆炸、高幅值的脉冲电磁场等。电磁干扰具有很强的随机性及不确定性，而隐蔽的电磁干扰更具危害作用。

为了解决这一问题，通常采用吸波材料来屏蔽这些干扰信号。传统上，金属基材料具有高导电性及良好的磁导率，但由于其高密度、柔性差以及可加工性低的固有属性，使得它们难以应用于智能化和精密的电子产品中。因此，开发具有良好机械性能的新型轻质柔性电磁屏蔽材料是一个关键挑战。而碳基材料具有质轻、良好的柔性以及电学性能等优点，可以很大程度上满足“轻，薄、宽、强”的设计要求。例如，一维单壁碳纳米管（CNT）由六方键合的sp2碳原子组成的一维螺旋管状分子结构，可看作由二维石墨烯片沿着一定方向卷曲而成。研发具有高性能的CNT基复合材料，在满足电子仪器工作所需的力学性能及电学性能的基础上，赋予其抗干扰防辐射能力，是顺应未来科技发展趋势以及解决电磁兼容问题的有效手段。

【成果简介】

贵州大学  谢兰，郑强等研究小组设计出一种Ni-三聚氰胺/CNT@聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸乙二醇酯（PBAT）的复合材料。首先，采用化学镀工艺在三聚氰胺上镀镍，通过真空辅助自组装法获得CNT纸。接着，通过简易的封装技术，将PBAT、Ni-三聚氰胺及CNT纸包覆在一起。形成一种阶梯不对称的导电网络结构。结果表明： Ni@MF/CNT/PBAT网络结构的不对称性以及电导性促使其具有极好的电磁波吸收性能。当电磁波进入Ni@MF层或CNT层，其屏蔽效能分别为38.3dB和29.5 dB。该研究阶梯不对称导电网络结构屏蔽复合材料的设计开辟了一个新的研究窗口，在便携式电子和下一代通信技术中有着广阔的应用前景。其成果以“Directional Electromagnetic Interference Shielding Based on Step Wise Asymmetric Conductive Networks”为题, 发表在Nano-Micro letter (IF=16.9)上。

 图文解读

图一 Ni@MF/CNT/PBAT阶梯不对成网络结构的设计

（a）Ni@MF/CNT/PBAT阶梯不对成网络结构的制备过程示意图； （b）CNT纸和（c）MF海绵的SEM图像；（d）（e）Ni@MF在不同放大倍数下的SEM图像（f）Ni@MF-5的EDS图像；（g）Ni （h）CNT-75/PBAT 和（i）Ni@MF-5/PBAT层的SEM图像；（j）-（m） Ni@MF/CNT/PBAT的SEM图像以及EDS图像，C,O,Ni © 2022 The Authors

图二 式样的结构表征

（a）MF, Ni@MF-5, CNT和CNT/PEO的XRD图像； （b）PBAT和 Ni@MF-5/CNT-75/PBAT的XRD图像和（c）MF和Ni@MF-5的XPS光谱图；（d）N1s,（e）C1s, （f）Ni2p © 2022 The Authors

图三 式样的结构表征

（a）Ni@MF-5层和（b）CNT层的电磁波吸收示意图； （c）-（e）Ni@MF-5层的反射损失、吸收损失以及反射功率（f）-（h）CNT层的反射损失、吸收损失以及反射功率；© 2022 The Authors

图四 电磁波吸收机制

（a）Ni@MF/CNT-75/PBAT在不同样品处的平均反射损失；（b）Ni@MF/CNT-75/PBAT在不同样品处的反射损失变化量和增量，在不同样品处的（c）吸收损失和（d）反射功率；（e）（f）电磁波吸收机制示意图 © 2022 The Authors

文献链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-021-00743-y

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