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  現(xiàn)代電子設(shè)備方便人類(lèi)生活得同時(shí)也帶來(lái)了電磁污染。電磁污染不僅影響電子儀器的正常運(yùn)行，而且還威脅著人類(lèi)得生活環(huán)境和人體健康。為了有效地抑制電磁污染，研究開(kāi)發(fā)可削弱電磁波傳播的高性能電磁屏蔽材料具有重要意義。另一方面，隨著智能材料的發(fā)展，電磁屏蔽復(fù)合材料通過(guò)自身對(duì)外部刺激的反應(yīng)，進(jìn)行電磁屏蔽效能的實(shí)時(shí)調(diào)控，在實(shí)際應(yīng)用中具有更大的潛在價(jià)值。

  西南大學(xué)王明教授課題組和中山大學(xué)陳旭東教授課題組合作通過(guò)將溫敏微球（TSM）引入到碳納米管填充硅橡膠復(fù)合材料（PDMS/CNT）中，實(shí)現(xiàn)了電磁屏蔽效能的溫度和應(yīng)變的可調(diào)控性。溫敏微球?yàn)槭軣崤蛎浀目招奈⑶颍⑶虻募尤氩粌H降低了復(fù)合材料的密度，而且構(gòu)建了多界面的泡孔結(jié)構(gòu)有利于提高電磁波在復(fù)合材料內(nèi)部的界面耗散。更為重要的是，該復(fù)合材料的制備過(guò)程非常簡(jiǎn)單，有利于大規(guī)范的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，如圖1所示。在圖2中，給出了微球膨脹前后的尺寸變化以及碳納米管和微球在硅橡膠基體內(nèi)的分散分布情況。

圖1 溫敏微球和碳納米管填充硅橡膠制備過(guò)程。

圖 2 微球膨脹前 (a, b) 和膨脹后 (c) 的形貌圖以及碳納米管和微球在硅橡膠基體內(nèi)分散分布情況的形貌圖 (d, e, f)。

  圖3給出了復(fù)合材料電磁屏蔽效能隨溫度和壓縮應(yīng)變響應(yīng)變化情況及其機(jī)理圖。復(fù)合材料電磁屏蔽性能的溫度和應(yīng)變可調(diào)控性主要與復(fù)合材料中溫敏微球的形狀和大小隨溫度和應(yīng)變可控變化有關(guān)。溫敏微球的形狀和大小改變誘發(fā)硅橡膠內(nèi)部CNT導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的重新排列，從而顯示出自適應(yīng)調(diào)控的電磁屏蔽效能。具體而言，當(dāng)溫度加熱到120 ℃，復(fù)合材料中的TSM膨脹，擠壓PDMS基質(zhì)，破壞了部分CNT導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，降低了復(fù)合材料的屏蔽效能；當(dāng)進(jìn)一步升高溫度到150 ℃，大多數(shù)TSM體積回縮到較小的原始尺寸，使CNT導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)得以恢復(fù)，同時(shí)使復(fù)合材料的屏蔽效能得到恢復(fù)。此外，將膨脹后的硅橡膠復(fù)合材料進(jìn)行70％的大應(yīng)變壓縮，應(yīng)變使TSM被壓扁切斷了大部分的導(dǎo)電路徑，使復(fù)合材料的屏蔽效能大大降低；但是，經(jīng)過(guò) 120 ℃的再次熱處理可部分恢復(fù)硅橡膠復(fù)合材料的屏蔽性能。這種基于溫度和應(yīng)變響應(yīng)性的電磁屏蔽硅橡膠材料，為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有自調(diào)控電磁屏蔽效能的復(fù)合材料提供新的視野和策略。

圖 3 電磁屏蔽效能隨溫度和壓縮應(yīng)變響應(yīng)變化情況及其機(jī)理圖。

  相關(guān)研究成果“Temperature and strain-induced tunable electromagnetic interference shielding in polydimethylsiloxane/multi-walled carbon nanotube composites with temperature-sensitive microspheres”近期發(fā)表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing上。第一作者為西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院碩士研究生蔡潔花，通訊作者為西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院王明教授。該項(xiàng)目受到重慶市科技局項(xiàng)目資助。

  文章鏈接：J.-H. Cai, X.-H. Tang, X.-D. Chen, M.Wang*, Temperature and strain-induced tunable electromagnetic interference shielding in polydimethylsiloxane/multi-walled carbon nanotube composites with temperature-sensitive microspheres, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2021, 140, 106188.

  https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2020.106188

  下載：Temperature and strain-induced tunable electromagnetic interference shielding in polydimethylsiloxane/multi-walled carbon nanotube composites with temperature-sensitive microspheres