電子工業(yè)的迅猛發(fā)展使電子器件的集成度越來越高、電子器件的電磁波發(fā)射功率越來越高、電子器件的尺寸變得越來越小。電子設(shè)備發(fā)射的電磁波不但影響自身設(shè)備和其他設(shè)備的正常運行，還可能對人體和自然環(huán)境產(chǎn)生不利影響。近年來，新型電磁屏蔽/吸波材料的開發(fā)得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

具有微發(fā)泡結(jié)構(gòu)的聚合物基電磁屏蔽/吸波材料是這個領(lǐng)域的熱點研究方向之一。泡孔結(jié)構(gòu)不但賦予電磁屏蔽/吸波材料輕質(zhì)的優(yōu)勢，發(fā)泡過程產(chǎn)生的雙向牽伸作用還有利于二次分散聚合物基體中的吸收劑；同時，泡孔結(jié)構(gòu)的引入可以使進(jìn)入材料的電磁波陷入“迷宮結(jié)構(gòu)”中，從而顯著提升材料的電磁屏蔽效能，有效防止材料的電磁泄露。

聚合物樹脂本身通常并沒有電磁屏蔽/吸波性能，而必須通過外加大量的吸收劑來實現(xiàn)。對于聚合物復(fù)合材料發(fā)泡來說，大量吸收劑的添加不但增加了基體中缺陷的數(shù)量，也增加了復(fù)合材料的剛度，這導(dǎo)致復(fù)合材料發(fā)泡變得異常困難。

石墨烯作為大比表面的碳材料具有良好的電磁屏蔽/吸波性能。采用CVD等方法制備的石墨烯沒有缺陷，和聚合物沒有親和性，在聚合物基體中很難均勻分散。中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所科研人員在鄭文革研究員和翟文濤副研究員的帶領(lǐng)下，通過調(diào)控氧化石墨中的可揮發(fā)物質(zhì)的含量，成功實現(xiàn)了氧化石墨的低溫常壓剝離，制備了含有大量含氧基團(tuán)的氧化石墨烯(Journal of Materials Chemistry C, 2013, 1, 50；中國發(fā)明專利：20111027666.6)，進(jìn)入該期刊2013年一月份點擊TOP10。

利用氧化石墨烯表面豐富的含氧基團(tuán)，研究人員通過共混手段改善了氧化石墨烯在熱塑性聚酰亞胺樹脂中的分散，并通過相分離工藝成功在聚酰亞胺/氧化石墨烯復(fù)合材料中引入了均勻泡孔結(jié)構(gòu)。研究人員發(fā)現(xiàn)，聚合物微發(fā)泡過程原位形成的拉伸作用不但有助于石墨烯的二次分散，還促進(jìn)了石墨烯圍繞泡孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行取向。微發(fā)泡材料中氧化石墨烯的添加量可以高至10wt％，材料的密度為0.3g/cm3左右，材料在X波段的平均比電磁屏蔽效能為36.4dB/(g/cm3)( ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 2677-2684. )。

聚合物微發(fā)泡過程增加了材料的體積，降低了吸收劑的體積分?jǐn)?shù)，這往往降低了聚合物微發(fā)泡電磁屏蔽/吸波材料的效能。為了進(jìn)一步解決這個問題，研究人員在石墨烯表面原位合成了納米四氧化三鐵，利用上述復(fù)合納米材料的電磁匹配，成功制備了電磁屏蔽性能更為優(yōu)異的聚酰亞胺微發(fā)泡電磁屏蔽材料，比電磁屏蔽效能由36.4增加至41.5 dB/(g/cm3)。更為難得是，復(fù)合納米材料的電磁性能匹配特點使聚合物微發(fā)泡材料更多的吸收而不是反射電磁波，這降低了電磁波對環(huán)境的二次污染(ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, DOI: 10.1021/am4036527. )。

除了開展基礎(chǔ)研究，研究人員利用聚合物微發(fā)泡技術(shù)已成功制備了聚合物功能微發(fā)泡薄膜和功能微發(fā)泡板材材料。所使用的聚合物基體可以是高性能聚酰亞胺樹脂也可以是柔性聚氨酯熱塑彈性體樹脂。所開發(fā)的材料可以用于雷達(dá)透波材料、手機(jī)電子支付吸波材料、吸波貼片、隱身結(jié)構(gòu)功能一體化材料等多個新材料領(lǐng)域。

電磁波在聚合物微發(fā)泡電磁屏蔽材料中的傳播