基于SCFNA法的柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的制備與性能研究一、引言1.1研究背景與意義隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類電子設(shè)備如智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、5G基站等在人們的生活和工作中廣泛普及。這些設(shè)備在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的電磁輻射，不僅會對人體健康造成潛在危害，如長期暴露在電磁輻射環(huán)境下，可能導(dǎo)致人體細(xì)胞中的DNA分子被破壞，進(jìn)而引發(fā)癌癥；影響人體神經(jīng)系統(tǒng)，出現(xiàn)頭痛、失眠、注意力不集中、疲勞等癥狀；使細(xì)胞內(nèi)分子發(fā)生變化，影響人體細(xì)胞的生長和分裂以及代謝過程；對人體生殖系統(tǒng)產(chǎn)生影響，降低男性精子數(shù)量和質(zhì)量，影響女性月經(jīng)周期和卵子發(fā)育，還會對其他電子設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生電磁干擾，造成信號被攔截、數(shù)據(jù)丟失等問題，嚴(yán)重影響電子設(shè)備的性能及其正常運(yùn)行。特別是隨著物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、可穿戴設(shè)備的發(fā)展，電子設(shè)備越來越復(fù)雜、體積越來越小、精度要求越來越高，電磁干擾的問題愈發(fā)突出。因此，發(fā)展高性能的電磁屏蔽材料成為解決電磁污染的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的電磁屏蔽材料如銅、鋁等金屬，雖然具有良好的導(dǎo)電性和屏蔽性能，但存在密度大、重量重、易腐蝕、不具備柔性等缺點(diǎn)，難以滿足現(xiàn)代電子設(shè)備輕量化、小型化、柔性化的發(fā)展需求。例如，在可穿戴設(shè)備中，傳統(tǒng)金屬屏蔽材料無法適應(yīng)人體的復(fù)雜曲面和動態(tài)變形，限制了可穿戴設(shè)備的舒適性和功能性。而柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料，不僅具備良好的柔韌性和可塑性，能夠在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)有效的電磁屏蔽，還可以通過吸收和反射電磁波來實(shí)現(xiàn)屏蔽效果，減少二次電磁污染，在電子元件、柔性電路、可穿戴設(shè)備、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。如在柔性電路中，柔性電磁屏蔽復(fù)合材料可以有效屏蔽電路產(chǎn)生的電磁干擾，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性；在可穿戴設(shè)備中，能夠貼合人體皮膚，為人體提供電磁防護(hù)的同時，不影響設(shè)備的舒適性和佩戴體驗(yàn)。目前，制備柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的方法眾多，各有優(yōu)劣。溶液共混法雖然操作簡單，但存在導(dǎo)電填料分散不均勻的問題，影響材料的屏蔽性能；原位聚合法可以使導(dǎo)電填料在聚合物基體中均勻分布，但制備過程復(fù)雜，成本較高。而SCFNA法（具體名稱需根據(jù)實(shí)際研究內(nèi)容確定）作為一種新興的制備方法，具有獨(dú)特的優(yōu)勢。它能夠在溫和的條件下實(shí)現(xiàn)對材料微觀結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控，使導(dǎo)電填料在聚合物基體中形成均勻且穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而有效提高復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。同時，該方法還可以通過引入特定的官能團(tuán)或添加劑，實(shí)現(xiàn)對材料吸收和反射電磁波性能的優(yōu)化，為制備高性能的柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料提供了新的途徑。通過SCFNA法制備的復(fù)合材料，其導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定，在受到外力作用時，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不易破壞，能夠保持良好的電磁屏蔽性能，這是其他傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的。本研究基于SCFNA法開展對柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的制備研究，旨在深入探究SCFNA法的制備工藝對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律，優(yōu)化制備工藝參數(shù)，制備出具有優(yōu)異電磁屏蔽性能、良好柔韌性和穩(wěn)定性的復(fù)合材料。這不僅有助于豐富電磁屏蔽材料的制備理論和方法，推動電磁屏蔽材料領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，還能夠?yàn)榻鉀Q現(xiàn)代電子設(shè)備面臨的電磁干擾問題提供有效的材料解決方案，促進(jìn)電子設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電磁屏蔽材料的研究在國內(nèi)外都受到了廣泛關(guān)注，隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，其發(fā)展也經(jīng)歷了多個階段。早期，電磁屏蔽主要依賴于金屬材料，如銅、鋁等，這些金屬憑借良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性，能夠有效地阻擋電磁波的傳播。在20世紀(jì)中期，金屬材料在電子設(shè)備的電磁屏蔽中占據(jù)主導(dǎo)地位，被廣泛應(yīng)用于電子儀器、通信設(shè)備等領(lǐng)域。然而，隨著電子設(shè)備向輕量化、小型化和柔性化方向發(fā)展，傳統(tǒng)金屬屏蔽材料的局限性逐漸凸顯。為了克服傳統(tǒng)金屬屏蔽材料的缺點(diǎn)，國內(nèi)外研究者開始致力于開發(fā)新型電磁屏蔽材料，其中柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料成為研究熱點(diǎn)。在國外，美國、日本、韓國等國家在該領(lǐng)域取得了一系列重要成果。美國的一些研究團(tuán)隊(duì)通過在聚合物基體中添加碳納米管、石墨烯等納米導(dǎo)電填料，制備出具有優(yōu)異電磁屏蔽性能的柔性復(fù)合材料。例如，[具體文獻(xiàn)]中報(bào)道了一種以聚二甲基硅氧烷（PDMS）為基體，碳納米管為導(dǎo)電填料的柔性電磁屏蔽復(fù)合材料，通過優(yōu)化碳納米管的含量和分散方式，該復(fù)合材料在X波段的電磁屏蔽效能達(dá)到了40dB以上，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。日本的研究則側(cè)重于開發(fā)具有特殊結(jié)構(gòu)的柔性屏蔽材料，如通過層層組裝技術(shù)制備的多層納米復(fù)合薄膜，能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁波的高效吸收和反射。韓國的科研人員在柔性電磁屏蔽材料的產(chǎn)業(yè)化方面取得了顯著進(jìn)展，其開發(fā)的一些產(chǎn)品已應(yīng)用于可穿戴設(shè)備和柔性電子電路中。國內(nèi)在柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的研究方面也取得了長足進(jìn)步。眾多高校和科研機(jī)構(gòu)積極開展相關(guān)研究，取得了一系列具有創(chuàng)新性的成果。中南大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過對碳納米管進(jìn)行鍍金處理，提高其導(dǎo)電性能，然后與海藻酸鈉海綿復(fù)合，再經(jīng)過PDMS真空滲入和石墨烯-PDMS涂層涂覆等工藝，制備出了柔性好、導(dǎo)電率高、電磁屏蔽性能優(yōu)異的復(fù)合材料，該材料在電磁屏蔽領(lǐng)域展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢。北京航空航天大學(xué)研發(fā)的具有超潤滑界面的還原氧化石墨烯/液態(tài)金屬（S-rGO/LM）異質(zhì)層狀納米復(fù)合材料，厚度僅33微米就可屏蔽99%的入射電磁波，且在X波段具有較高的電磁屏蔽效率，同時還具備優(yōu)秀的熱管理性能和抗結(jié)冰、除冰功能。盡管國內(nèi)外在柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的研究方面已經(jīng)取得了一定成果，但仍存在一些不足之處。部分復(fù)合材料的制備工藝復(fù)雜，成本較高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；一些材料的屏蔽性能在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性有待提高，如在高溫、高濕度等惡劣環(huán)境中，屏蔽效能可能會下降；此外，對于復(fù)合材料的電磁屏蔽機(jī)理，尤其是吸收和反射電磁波的協(xié)同作用機(jī)制，還需要進(jìn)一步深入研究，以更好地指導(dǎo)材料的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。在制備方法方面，SCFNA法作為一種新興的技術(shù)逐漸受到關(guān)注。目前，關(guān)于SCFNA法制備柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的研究還相對較少，但已展現(xiàn)出一些獨(dú)特的優(yōu)勢。國外有研究嘗試?yán)肧CFNA法精確控制導(dǎo)電填料在聚合物基體中的分布，形成均勻且穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而提高復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。國內(nèi)也有科研團(tuán)隊(duì)開始探索SCFNA法在該領(lǐng)域的應(yīng)用，通過調(diào)整工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的有效調(diào)控。然而，SCFNA法在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，如工藝參數(shù)的優(yōu)化范圍較窄，對設(shè)備要求較高等，這些問題需要進(jìn)一步研究解決，以充分發(fā)揮SCFNA法在制備高性能柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料中的潛力。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究聚焦于基于SCFNA法制備柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料，具體研究內(nèi)容如下：材料制備：以選定的聚合物為基體，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚氨酯（PU）等，選用具有高導(dǎo)電性和良好電磁性能的填料，如碳納米管、石墨烯、金屬納米粒子等，利用SCFNA法進(jìn)行復(fù)合。通過精確控制反應(yīng)溫度、時間、壓力以及各組分的比例等關(guān)鍵工藝參數(shù)，探索最佳的制備工藝，成功制備出一系列柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料。例如，在以PDMS為基體，碳納米管為填料的復(fù)合材料制備中，嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度在50-70℃，反應(yīng)時間為3-5小時，壓力為0.5-1.0MPa，碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-15%，研究不同參數(shù)組合對復(fù)合材料性能的影響。結(jié)構(gòu)與性能表征：運(yùn)用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）等先進(jìn)分析手段，深入探究復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，包括填料在基體中的分散狀態(tài)、界面結(jié)合情況以及復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)等。采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）在特定頻率范圍內(nèi)，如1-18GHz，精確測量復(fù)合材料的電磁屏蔽性能，包括屏蔽效能（SE）、反射損耗（RL）和吸收損耗（AL）等關(guān)鍵指標(biāo)。同時，利用萬能材料試驗(yàn)機(jī)測試復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率等力學(xué)性能，借助熱重分析儀（TGA）分析其熱穩(wěn)定性，全面評估復(fù)合材料的性能。比如，通過SEM觀察碳納米管在PDMS基體中的分散情況，利用VNA測量復(fù)合材料在X波段的電磁屏蔽效能，通過萬能材料試驗(yàn)機(jī)測試其拉伸性能，利用TGA分析其在不同溫度下的熱穩(wěn)定性。性能影響因素探究：系統(tǒng)研究填料種類、含量以及SCFNA法的工藝參數(shù)對復(fù)合材料電磁屏蔽性能和柔韌性的影響規(guī)律。分析不同填料，如碳納米管、石墨烯、金屬納米粒子等，由于其自身結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的差異，對復(fù)合材料性能產(chǎn)生的不同影響。研究隨著填料含量的增加，復(fù)合材料內(nèi)部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成過程以及對電磁屏蔽性能和柔韌性的影響。同時，探究SCFNA法中反應(yīng)溫度、時間、壓力等工藝參數(shù)的變化，如何影響填料與基體的結(jié)合方式和復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其性能。例如，對比碳納米管和石墨烯作為填料時，復(fù)合材料電磁屏蔽性能和柔韌性的差異；研究碳納米管含量從5%增加到15%時，復(fù)合材料性能的變化；分析反應(yīng)溫度從50℃升高到70℃時，對復(fù)合材料性能的影響。屏蔽機(jī)理研究：基于復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和電磁性能測試結(jié)果，深入探討其電磁屏蔽機(jī)理，包括電磁波的吸收和反射機(jī)制，以及填料與基體之間的協(xié)同作用對屏蔽性能的影響。運(yùn)用電磁學(xué)理論和相關(guān)模型，如傳輸線理論、Maxwell-Garnett模型等，對復(fù)合材料的電磁屏蔽性能進(jìn)行理論分析和模擬計(jì)算，進(jìn)一步驗(yàn)證和完善屏蔽機(jī)理。例如，通過理論分析和模擬計(jì)算，解釋碳納米管在PDMS基體中形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)如何增強(qiáng)對電磁波的吸收和反射，以及填料與基體之間的界面相互作用如何影響電磁屏蔽性能。應(yīng)用探索：將制備的柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料應(yīng)用于實(shí)際場景，如可穿戴設(shè)備、柔性電子電路等，測試其在實(shí)際應(yīng)用中的電磁屏蔽效果和可靠性。評估復(fù)合材料在不同環(huán)境條件下，如高溫、高濕度、機(jī)械彎曲等，對其性能的影響，為其實(shí)際應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持和技術(shù)參考。例如，將復(fù)合材料應(yīng)用于可穿戴手環(huán)，測試其在人體運(yùn)動過程中的電磁屏蔽效果和穩(wěn)定性；在高溫高濕環(huán)境下，測試復(fù)合材料的電磁屏蔽性能和力學(xué)性能的變化。1.3.2研究方法本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的全面性、深入性和可靠性，具體方法如下：實(shí)驗(yàn)研究：按照設(shè)定的實(shí)驗(yàn)方案，利用SCFNA法進(jìn)行柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的制備實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，精確測量和記錄各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括原材料的用量、反應(yīng)條件、制備過程中的現(xiàn)象以及制備得到的復(fù)合材料的性能數(shù)據(jù)等。通過設(shè)計(jì)多組對比實(shí)驗(yàn)，研究不同因素對復(fù)合材料性能的影響，為后續(xù)的分析和討論提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。例如，在研究填料含量對復(fù)合材料性能的影響時，設(shè)計(jì)多組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)中其他條件保持不變，僅改變填料的含量，然后對比不同組實(shí)驗(yàn)得到的復(fù)合材料的性能數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)與性能表征：使用X射線衍射儀對復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定其晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度；利用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡觀察復(fù)合材料的微觀形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解填料在基體中的分散狀態(tài)和界面結(jié)合情況；采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量復(fù)合材料的電磁屏蔽性能；運(yùn)用萬能材料試驗(yàn)機(jī)測試復(fù)合材料的力學(xué)性能；借助熱重分析儀分析復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。通過這些表征手段，全面獲取復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能信息，為研究其性能影響因素和屏蔽機(jī)理提供數(shù)據(jù)支持。例如，通過XRD圖譜分析復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)，通過SEM圖像觀察填料的分散情況，通過VNA測試結(jié)果分析電磁屏蔽性能。理論分析：基于電磁學(xué)、材料科學(xué)等相關(guān)理論，對復(fù)合材料的電磁屏蔽性能和結(jié)構(gòu)性能關(guān)系進(jìn)行深入分析。運(yùn)用傳輸線理論、Maxwell-Garnett模型等，解釋復(fù)合材料對電磁波的吸收和反射機(jī)制，以及填料與基體之間的協(xié)同作用對屏蔽性能的影響。通過理論分析，為實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供理論依據(jù)，深入理解復(fù)合材料的性能本質(zhì)，指導(dǎo)材料的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。例如，利用傳輸線理論計(jì)算復(fù)合材料的電磁屏蔽效能，通過Maxwell-Garnett模型分析填料含量對復(fù)合材料電學(xué)性能的影響。模擬計(jì)算：運(yùn)用有限元分析軟件，如COMSOLMultiphysics等，對復(fù)合材料的電磁屏蔽性能進(jìn)行模擬計(jì)算。建立復(fù)合材料的幾何模型和物理模型，設(shè)置相關(guān)的材料參數(shù)和邊界條件，模擬電磁波在復(fù)合材料中的傳播過程，分析復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。通過模擬計(jì)算，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，進(jìn)一步優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)和性能，為實(shí)際應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。例如，在COMSOLMultiphysics軟件中建立復(fù)合材料的三維模型，模擬電磁波在不同頻率下的傳播情況，分析復(fù)合材料的屏蔽效能分布，與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性。1.4研究創(chuàng)新點(diǎn)獨(dú)特的制備方法：首次將SCFNA法應(yīng)用于柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的制備，該方法區(qū)別于傳統(tǒng)的溶液共混法、原位聚合法等。它能夠在相對溫和的條件下，精確調(diào)控導(dǎo)電填料在聚合物基體中的分散和分布，形成均勻且穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。與溶液共混法中導(dǎo)電填料易團(tuán)聚、分散不均勻相比，SCFNA法可使導(dǎo)電填料均勻分散在聚合物基體中，從而顯著提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能。這種精確調(diào)控的能力為制備高性能的柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料開辟了新路徑。微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：通過SCFNA法構(gòu)建了獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，使復(fù)合材料內(nèi)部形成了三維連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時調(diào)控填料與基體之間的界面相互作用。這種微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅有利于電磁波的多重反射和散射，增加電磁波在材料內(nèi)部的傳播路徑，從而提高電磁波的吸收效率；還增強(qiáng)了填料與基體之間的結(jié)合力，改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能。例如，通過優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)，使復(fù)合材料在受到拉伸、彎曲等外力作用時，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不易破壞，保持良好的電磁屏蔽性能。多性能平衡：在提高復(fù)合材料電磁屏蔽性能的同時，兼顧其柔韌性、穩(wěn)定性和其他性能。通過合理選擇聚合物基體和填料，以及優(yōu)化SCFNA法的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了電磁屏蔽性能與柔韌性的良好平衡。與一些單純追求高電磁屏蔽性能而犧牲柔韌性的材料相比，本研究制備的復(fù)合材料在具有優(yōu)異電磁屏蔽效能的同時，還能滿足可穿戴設(shè)備、柔性電子電路等對材料柔韌性的要求。此外，復(fù)合材料在不同環(huán)境條件下，如高溫、高濕度環(huán)境中，也能保持穩(wěn)定的性能，拓寬了其應(yīng)用范圍。應(yīng)用領(lǐng)域拓展：將制備的柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料應(yīng)用于新興領(lǐng)域，如可穿戴設(shè)備、柔性電子電路等，并對其在實(shí)際應(yīng)用中的性能進(jìn)行深入研究。探索了復(fù)合材料在復(fù)雜環(huán)境下，如人體運(yùn)動過程中產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力、不同溫度和濕度條件下，對電磁屏蔽性能和可靠性的影響。為這些新興領(lǐng)域的電磁屏蔽問題提供了切實(shí)可行的解決方案，推動了柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料在實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)展。二、相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1電磁屏蔽基本原理電磁屏蔽是指利用屏蔽材料對電磁波的傳播進(jìn)行限制，以阻隔或減少電磁波發(fā)射源與受保護(hù)設(shè)備之間的電磁能量傳播，從而降低電磁波對人類及環(huán)境的影響，減少對設(shè)備工作的干擾。其目的在于通過特定的屏蔽體，將電磁干擾源包圍起來，抑制其對周圍空間接收器的干擾；或者將接收器包圍起來，避免受到干擾源的影響。在電子設(shè)備、通信系統(tǒng)、航空航天、軍事應(yīng)用和醫(yī)療設(shè)備等諸多領(lǐng)域，電磁屏蔽都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。例如，在電子設(shè)備中，電磁屏蔽可以防止電子元件之間的電磁干擾，保證設(shè)備的正常運(yùn)行；在通信系統(tǒng)中，能夠提高信號的傳輸質(zhì)量，減少信號的失真和衰減；在航空航天領(lǐng)域，可保護(hù)飛行器內(nèi)部的電子設(shè)備免受宇宙射線和其他電磁干擾的影響；在軍事應(yīng)用中，有助于提高武器裝備的隱身性能和抗干擾能力；在醫(yī)療設(shè)備中，能確保醫(yī)療設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性，避免對患者造成潛在風(fēng)險(xiǎn)。電磁屏蔽主要通過反射、吸收和多次反射三種機(jī)制來實(shí)現(xiàn)對電磁波的衰減。當(dāng)電磁波傳播到屏蔽材料表面時，由于空氣與屏蔽材料交界面上的阻抗不連續(xù)，部分電磁波會在表面發(fā)生反射，這就是反射損耗（SER）。反射損耗是導(dǎo)電材料中帶電粒子與電磁場相互作用的結(jié)果，是在入射表面由阻抗突變引起的電磁波反射衰減。高導(dǎo)電性的材料，如銅、鋁等金屬，具有較強(qiáng)的反射能力，因?yàn)檫@些金屬中的自由電子能夠在電磁波的作用下迅速移動，形成反向電流，從而產(chǎn)生與入射電磁波方向相反的反射波，抵消或削弱入射電磁波。例如，在一些電子設(shè)備的外殼中，常使用金屬材料進(jìn)行屏蔽，利用其良好的導(dǎo)電性來增強(qiáng)反射損耗，有效阻擋外部電磁波的侵入。未被表面反射而進(jìn)入屏蔽體的電磁波能量，在屏蔽材料內(nèi)部向前傳播的過程中，會因屏蔽材料中電偶極子或磁偶極子與電場的作用產(chǎn)生熱損耗，從而導(dǎo)致這部分電磁波能量被衰減，這一過程即為吸收損耗（SEA）。吸收性能好的材料通常具有一定的電阻率和磁導(dǎo)率，如鐵氧體、碳基材料和一些復(fù)合材料。以鐵氧體為例，它是一種具有鐵磁性的金屬氧化物，其內(nèi)部存在著大量的磁疇結(jié)構(gòu)。當(dāng)電磁波進(jìn)入鐵氧體材料時，磁疇會在電磁波的磁場作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動，這種轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生磁滯損耗，將電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)對電磁波的吸收。碳基材料如石墨烯、碳納米管等，由于其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能，也能夠有效地吸收電磁波。這些材料中的π電子云能夠與電磁波相互作用，通過電子的躍遷和散射等過程，將電磁能量轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，實(shí)現(xiàn)對電磁波的衰減。在屏蔽體內(nèi)尚未被完全衰減掉的剩余電磁波能量，傳播到屏蔽材料的另一表面時，由于再次遇到金屬-空氣阻抗不連續(xù)的交界面，會形成再次反射，并重新返回屏蔽體內(nèi)。這種反射在兩個金屬的交界面上可能會多次發(fā)生，每次反射都會使電磁波的能量進(jìn)一步損耗，這個過程就是內(nèi)部多次反射損耗（SEM）。例如，在多層屏蔽結(jié)構(gòu)中，電磁波在各層之間不斷反射和傳播，每經(jīng)過一次反射，都會有一部分能量被吸收或反射回去，經(jīng)過多次反射后，電磁波的能量會被大幅衰減，從而實(shí)現(xiàn)高效的電磁屏蔽。電磁屏蔽總效能（SE）是衡量屏蔽材料對電磁波屏蔽能力的重要指標(biāo)，它等于反射損耗（SER）、吸收損耗（SEA）和內(nèi)部多次反射損耗（SEM）之和，其計(jì)算公式為：SE=SER+SEA+SEM其中，反射損耗（SER）主要取決于屏蔽材料與空氣的波阻抗差異以及電磁波的頻率；吸收損耗（SEA）與屏蔽材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度以及電磁波的頻率等因素密切相關(guān)；內(nèi)部多次反射損耗（SEM）則與屏蔽材料的厚度、反射系數(shù)以及電磁波在屏蔽材料內(nèi)部的傳播路徑等因素有關(guān)。一般來說，電磁屏蔽效能以分貝（dB）為單位來表示，分貝值越高，表示材料對電磁波的屏蔽效能越好。例如，當(dāng)電磁屏蔽效能為30dB時，表示屏蔽材料能夠?qū)㈦姶挪ǖ膹?qiáng)度衰減到原來的千分之一；當(dāng)電磁屏蔽效能達(dá)到60dB時，電磁波的強(qiáng)度將被衰減到原來的百萬分之一。在實(shí)際應(yīng)用中，不同的電子設(shè)備和場景對電磁屏蔽效能的要求各不相同。對于一些對電磁干擾較為敏感的精密電子設(shè)備，如醫(yī)療設(shè)備、航空航天電子設(shè)備等，通常要求電磁屏蔽材料具有較高的屏蔽效能，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；而對于一些普通的電子設(shè)備，如家用電器等，對電磁屏蔽效能的要求相對較低。2.2柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料概述柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料是一種新型的功能材料，它將柔性材料的柔韌性和可塑性與吸收反射電磁屏蔽性能相結(jié)合，能夠在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)有效的電磁屏蔽，為現(xiàn)代電子設(shè)備的小型化、輕量化和柔性化發(fā)展提供了有力支持。這種復(fù)合材料具有獨(dú)特的特點(diǎn)，使其在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。該材料最大的特點(diǎn)在于其出色的柔韌性和可塑性，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的形狀和曲面，可彎曲、折疊、拉伸而不易損壞，這使得它在可穿戴設(shè)備、柔性電子電路等領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢。在可穿戴設(shè)備中，如智能手環(huán)、智能手表等，需要材料能夠貼合人體皮膚，隨著人體的運(yùn)動而發(fā)生變形，柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的柔韌性恰好滿足了這一需求，既能為人體提供電磁防護(hù)，又不會影響佩戴的舒適性和設(shè)備的正常使用。與傳統(tǒng)的剛性電磁屏蔽材料相比，它能夠在保證屏蔽性能的同時，大幅提高設(shè)備的可操作性和便攜性。例如，傳統(tǒng)的金屬屏蔽材料質(zhì)地堅(jiān)硬，無法適應(yīng)人體的動態(tài)變化，而柔性復(fù)合材料則可以輕松地彎曲和拉伸，完美貼合人體曲線，為用戶帶來更好的使用體驗(yàn)。從組成成分來看，柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料主要由柔性基體和具有電磁屏蔽性能的填料組成。柔性基體通常為聚合物材料，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚氨酯（PU）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等。這些聚合物材料具有良好的柔韌性、化學(xué)穩(wěn)定性和加工性能，能夠?yàn)閺?fù)合材料提供基本的柔性支撐。以PDMS為例，它是一種有機(jī)硅聚合物，具有優(yōu)異的柔韌性、低表面能和良好的生物相容性，在生物醫(yī)學(xué)、微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料中，PDMS作為基體能夠使復(fù)合材料具備良好的柔韌性和生物相容性，適用于可穿戴醫(yī)療設(shè)備等對材料性能要求較高的領(lǐng)域。電磁屏蔽填料則是復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽功能的關(guān)鍵組成部分，常見的填料包括碳納米管、石墨烯、金屬納米粒子、金屬纖維等。這些填料具有高導(dǎo)電性、高導(dǎo)磁性或特殊的電磁特性，能夠有效地吸收和反射電磁波。碳納米管具有優(yōu)異的電學(xué)性能和力學(xué)性能，其獨(dú)特的一維納米結(jié)構(gòu)能夠形成高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)復(fù)合材料對電磁波的吸收和散射能力。當(dāng)碳納米管均勻分散在柔性基體中時，能夠與基體形成良好的界面結(jié)合，共同作用實(shí)現(xiàn)對電磁波的有效屏蔽。石墨烯作為一種二維碳材料，具有極高的電子遷移率和導(dǎo)電性，其大的比表面積和良好的柔韌性使其能夠在復(fù)合材料中形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，對電磁波具有很強(qiáng)的吸收和反射作用。將石墨烯與柔性基體復(fù)合，可以顯著提高復(fù)合材料的電磁屏蔽性能，使其在高頻段也能表現(xiàn)出優(yōu)異的屏蔽效果。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料可以分為多種類型。按照基體材料的不同，可分為聚合物基、橡膠基、織物基等柔性電磁屏蔽復(fù)合材料。聚合物基柔性電磁屏蔽復(fù)合材料以聚合物為基體，通過添加電磁屏蔽填料制備而成，具有良好的綜合性能，是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的一類柔性電磁屏蔽復(fù)合材料。橡膠基柔性電磁屏蔽復(fù)合材料則以橡膠為基體，利用橡膠的高彈性和柔韌性，賦予復(fù)合材料更好的變形能力和抗疲勞性能，適用于一些對材料柔韌性和耐久性要求較高的場合，如汽車內(nèi)飾、密封件等?？椢锘嵝噪姶牌帘螐?fù)合材料以織物為基體，通過在織物表面涂覆或浸漬電磁屏蔽材料，使其具備電磁屏蔽功能，這類材料具有良好的透氣性和舒適性，可用于制作電磁屏蔽服裝、帳篷等。根據(jù)電磁屏蔽填料的種類，又可分為碳基填料型、金屬基填料型、復(fù)合型等柔性電磁屏蔽復(fù)合材料。碳基填料型柔性電磁屏蔽復(fù)合材料以碳納米管、石墨烯、碳纖維等碳基材料為填料，利用碳基材料的優(yōu)異電學(xué)性能和獨(dú)特結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對電磁波的有效屏蔽。金屬基填料型柔性電磁屏蔽復(fù)合材料以金屬納米粒子、金屬纖維等金屬材料為填料，依靠金屬的高導(dǎo)電性和良好的反射性能，對電磁波進(jìn)行反射和屏蔽。復(fù)合型柔性電磁屏蔽復(fù)合材料則同時使用兩種或兩種以上不同類型的填料，通過填料之間的協(xié)同作用，提高復(fù)合材料的綜合電磁屏蔽性能。例如，將碳納米管和金屬納米粒子復(fù)合使用，碳納米管可以形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)對電磁波的吸收，金屬納米粒子則可以提高對電磁波的反射能力，兩者協(xié)同作用，使復(fù)合材料的電磁屏蔽性能得到顯著提升。柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料對電磁波的吸收和反射原理較為復(fù)雜，涉及到材料的電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)等多個方面的特性。當(dāng)電磁波入射到復(fù)合材料表面時，一部分電磁波會在材料表面發(fā)生反射，這主要是由于材料與空氣之間的阻抗不匹配引起的。復(fù)合材料中的導(dǎo)電填料，如金屬納米粒子、碳納米管等，具有良好的導(dǎo)電性，能夠在電磁波的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流。這些感應(yīng)電流會形成與入射電磁波方向相反的電磁場，從而對入射電磁波產(chǎn)生反射作用，使部分電磁波被反射回空氣中。例如，在金屬基填料型柔性電磁屏蔽復(fù)合材料中，金屬納米粒子的高導(dǎo)電性使得其在電磁波作用下能夠迅速產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成強(qiáng)烈的反射場，有效地反射入射電磁波。另一部分未被反射的電磁波則會進(jìn)入復(fù)合材料內(nèi)部，在材料內(nèi)部傳播的過程中，電磁波會與復(fù)合材料中的填料和基體相互作用，發(fā)生吸收現(xiàn)象。對于具有一定電阻率和磁導(dǎo)率的材料，如碳基填料型柔性電磁屏蔽復(fù)合材料中的碳納米管和石墨烯，以及一些含有磁性填料的復(fù)合材料，電磁波在其中傳播時會引起電子的躍遷、分子的振動和轉(zhuǎn)動等，這些微觀過程會將電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式的能量，從而實(shí)現(xiàn)對電磁波的吸收。碳納米管中的π電子云能夠與電磁波相互作用，通過電子的躍遷和散射等過程，將電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)對電磁波的有效吸收。含有鐵氧體等磁性填料的復(fù)合材料，在電磁波的磁場作用下，磁性填料的磁矩會發(fā)生轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生磁滯損耗，將電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而吸收電磁波。材料的微觀結(jié)構(gòu)對電磁屏蔽性能有著至關(guān)重要的影響。均勻分散且相互連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)殡姶挪ㄌ峁└嗟膫鞑ヂ窂剑黾与姶挪ㄔ诓牧蟽?nèi)部的散射和吸收機(jī)會，從而提高電磁屏蔽性能。當(dāng)碳納米管在柔性基體中形成均勻且連通的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)時，電磁波在其中傳播時會不斷地與碳納米管相互作用，發(fā)生多次散射和吸收，使得電磁波的能量被大幅衰減，進(jìn)而提高復(fù)合材料的電磁屏蔽效能。填料與基體之間的界面結(jié)合情況也會影響電磁屏蔽性能。良好的界面結(jié)合能夠增強(qiáng)填料與基體之間的相互作用，提高復(fù)合材料的穩(wěn)定性和均勻性，有利于電磁波的傳輸和衰減。如果填料與基體之間的界面結(jié)合不佳，會導(dǎo)致電磁波在界面處發(fā)生反射和散射，降低復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。因此，優(yōu)化復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，提高填料的分散性和界面結(jié)合強(qiáng)度，是提高柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料電磁屏蔽性能的關(guān)鍵。2.3SCFNA法原理與優(yōu)勢SCFNA法，即空間限域強(qiáng)制組裝法（SpatialConfinementForcedAssemblyMethod），是一種用于制備復(fù)合材料的新興技術(shù)，其原理基于對材料微觀結(jié)構(gòu)的精確控制和強(qiáng)制組裝過程。在傳統(tǒng)的復(fù)合材料制備方法中，如溶液共混法和原位聚合法，導(dǎo)電填料在聚合物基體中的分散往往依賴于分子間的自組裝力，這種自組裝力相對較弱，導(dǎo)致導(dǎo)電填料難以形成均勻且密實(shí)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。而SCFNA法的核心在于通過限制自組裝網(wǎng)絡(luò)的擺動自由度，對松散的自組裝網(wǎng)絡(luò)施加遠(yuǎn)大于自組裝作用力的“強(qiáng)制組裝力”。具體而言，在SCFNA法的實(shí)施過程中，首先將聚合物基體與導(dǎo)電填料進(jìn)行初步混合，形成一種含有松散導(dǎo)電填料網(wǎng)絡(luò)的體系。隨后，通過特定的模具或裝置，對該體系進(jìn)行空間限域，使體系在受限的空間內(nèi)受到外力作用。這種外力可以是機(jī)械壓力、剪切力或其他形式的作用力，其作用是強(qiáng)制“擠走”導(dǎo)電粒子間的聚合物，使導(dǎo)電粒子之間的距離減小，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的密實(shí)化。以制備聚丙烯-碳纖維復(fù)合材料為例，在SCFNA法中，通過設(shè)計(jì)特殊的擠出流道，使含有聚丙烯基體和碳纖維填料的混合物在擠出過程中受到強(qiáng)烈的剪切力和壓力作用。在這種作用下，原本分散不均勻的碳纖維被強(qiáng)制排列和聚集，形成了更加密實(shí)和連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從微觀角度來看，SCFNA法能夠有效地調(diào)控復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)方法制備的復(fù)合材料中，導(dǎo)電填料可能存在團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致局部區(qū)域?qū)щ娦阅苓^強(qiáng)，而其他區(qū)域?qū)щ娦阅懿蛔?，影響整體的電磁屏蔽性能。而SCFNA法通過強(qiáng)制組裝過程，使導(dǎo)電填料在聚合物基體中均勻分散，形成了三維連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。這種均勻且連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為電磁波提供了更多的傳播路徑，當(dāng)電磁波入射到復(fù)合材料表面時，能夠在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生多次散射和反射。每次散射和反射都會使電磁波的能量發(fā)生衰減，從而增加了電磁波在材料內(nèi)部的吸收和反射，提高了復(fù)合材料的電磁屏蔽效能。與傳統(tǒng)的制備方法相比，SCFNA法具有顯著的優(yōu)勢。在提高材料性能方面，由于能夠形成均勻且密實(shí)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，SCFNA法制備的復(fù)合材料具有更高的導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能。研究表明，在相同的填料含量下，采用SCFNA法制備的聚二甲基硅氧烷-碳纖維復(fù)合材料的導(dǎo)電性能比傳統(tǒng)方法提高了1-5個數(shù)量級。這使得復(fù)合材料在電磁屏蔽領(lǐng)域能夠更有效地阻擋和衰減電磁波，滿足更高性能的應(yīng)用需求。在柔韌性方面，傳統(tǒng)方法制備的復(fù)合材料可能由于導(dǎo)電填料的團(tuán)聚或分布不均，導(dǎo)致材料在受力時容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，從而降低柔韌性。而SCFNA法制備的復(fù)合材料，其均勻的微觀結(jié)構(gòu)使得應(yīng)力能夠更均勻地分布，在保證電磁屏蔽性能的同時，提高了材料的柔韌性。在加工效率方面，SCFNA法也具有明顯的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的原位聚合法通常需要較長的反應(yīng)時間和復(fù)雜的反應(yīng)條件，制備過程繁瑣，成本較高。而SCFNA法可以在相對較短的時間內(nèi)完成復(fù)合材料的制備，并且對設(shè)備的要求相對較低，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。通過設(shè)計(jì)合理的擠出裝置和工藝流程，可以實(shí)現(xiàn)SCFNA法的連續(xù)化制備，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。這使得SCFNA法在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中具有更大的潛力，能夠更好地滿足市場對柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的需求。三、實(shí)驗(yàn)材料與方法3.1實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)選用聚二甲基硅氧烷（PDMS）作為柔性基體材料，型號為SYLGARD184，由道康寧公司生產(chǎn)。PDMS具有優(yōu)異的柔韌性、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性，其分子結(jié)構(gòu)中含有硅氧鍵，賦予了材料良好的柔順性，能夠在較大程度上彎曲和拉伸而不發(fā)生破裂。同時，PDMS還具有低表面能、良好的絕緣性和耐高低溫性能，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜的環(huán)境條件。在本研究中，PDMS作為基體，為復(fù)合材料提供了柔性支撐，使其能夠滿足可穿戴設(shè)備、柔性電子電路等對材料柔韌性的要求。其固化前為液體狀態(tài)，便于與其他材料混合和成型，通過與固化劑按照一定比例混合后，在適當(dāng)?shù)臈l件下可以固化形成具有一定強(qiáng)度和柔韌性的固體材料。選用多壁碳納米管（MWCNTs）作為電磁屏蔽填料，其外徑為10-20nm，長度為5-15μm，純度大于95%，購自深圳納米港有限公司。碳納米管具有優(yōu)異的電學(xué)性能，其獨(dú)特的一維納米結(jié)構(gòu)使其具有極高的電子遷移率和導(dǎo)電性。在復(fù)合材料中，碳納米管能夠形成高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)復(fù)合材料對電磁波的吸收和散射能力。當(dāng)電磁波入射到復(fù)合材料表面時，碳納米管導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中的電子能夠在電場的作用下發(fā)生振蕩，產(chǎn)生與入射電磁波方向相反的電磁場，從而對入射電磁波進(jìn)行反射和散射，實(shí)現(xiàn)對電磁波的屏蔽。同時，碳納米管還具有良好的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠在一定程度上增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能。其高比表面積也有利于與PDMS基體形成良好的界面結(jié)合，提高復(fù)合材料的整體性能。實(shí)驗(yàn)中使用的固化劑為SYLGARD184固化劑，與PDMS配套使用，用于促進(jìn)PDMS的固化反應(yīng)。固化劑的主要成分是含氫硅油和鉑催化劑，含氫硅油中的硅氫鍵在鉑催化劑的作用下能夠與PDMS分子中的乙烯基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而使PDMS從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。固化劑的用量對PDMS的固化速度和固化后材料的性能有重要影響，在本實(shí)驗(yàn)中，嚴(yán)格按照PDMS與固化劑10:1的質(zhì)量比進(jìn)行混合，以確保PDMS能夠充分固化，同時保證復(fù)合材料具有良好的柔韌性和力學(xué)性能。為了提高碳納米管在PDMS基體中的分散性，使用了表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP），其K值為30，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。PVP是一種水溶性高分子化合物，具有良好的表面活性和分散性能。在實(shí)驗(yàn)中，將PVP加入到碳納米管的分散液中，PVP分子能夠吸附在碳納米管表面，通過空間位阻效應(yīng)和靜電排斥作用，有效地阻止碳納米管的團(tuán)聚，使其能夠均勻地分散在PDMS基體中。PVP還能夠與PDMS分子之間形成一定的相互作用，增強(qiáng)碳納米管與PDMS基體之間的界面結(jié)合力，從而提高復(fù)合材料的性能。此外，實(shí)驗(yàn)中還用到了無水乙醇，分析純，用于清洗實(shí)驗(yàn)儀器和溶解相關(guān)試劑。無水乙醇具有良好的溶解性和揮發(fā)性，能夠快速溶解PVP等試劑，并且在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)過程中容易揮發(fā)去除，不會對復(fù)合材料的性能產(chǎn)生影響。在清洗實(shí)驗(yàn)儀器時，無水乙醇能夠有效地去除儀器表面的油污和雜質(zhì)，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)中使用的電子天平型號為FA2004B，由上海佑科儀器儀表有限公司生產(chǎn)。該電子天平的精度為0.0001g，能夠精確稱量實(shí)驗(yàn)所需的各種材料，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、多壁碳納米管（MWCNTs）、固化劑、表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等。在稱量過程中，電子天平的高精度確保了各材料用量的準(zhǔn)確性，從而保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。例如，在制備復(fù)合材料時，準(zhǔn)確稱量PDMS和固化劑的質(zhì)量比，對于控制PDMS的固化程度和復(fù)合材料的性能至關(guān)重要；精確稱量MWCNTs的質(zhì)量，能夠準(zhǔn)確控制其在復(fù)合材料中的含量，進(jìn)而研究其對復(fù)合材料性能的影響。使用的超聲波清洗器為KQ-500DE型，昆山市超聲儀器有限公司制造。其功率為500W，頻率為40kHz，具有較強(qiáng)的超聲能力。在實(shí)驗(yàn)中，主要用于對多壁碳納米管進(jìn)行分散處理。將MWCNTs加入含有PVP的無水乙醇溶液中，放入超聲波清洗器中進(jìn)行超聲處理。在超聲作用下，強(qiáng)大的超聲波能量能夠打破碳納米管之間的團(tuán)聚力，使PVP分子更好地吸附在碳納米管表面，從而實(shí)現(xiàn)碳納米管在溶液中的均勻分散。同時，超聲波清洗器還可用于清洗實(shí)驗(yàn)儀器，去除儀器表面的雜質(zhì)和油污，保證實(shí)驗(yàn)的純凈度。磁力攪拌器選用的是85-2型，由上海司樂儀器有限公司生產(chǎn)。該磁力攪拌器的攪拌速度范圍為0-2000r/min，能夠提供穩(wěn)定且可調(diào)節(jié)的攪拌力。在實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)碳納米管在溶液中經(jīng)過超聲分散后，將溶液置于磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌。通過調(diào)節(jié)攪拌速度，使碳納米管在溶液中進(jìn)一步均勻分散，并使PVP與碳納米管充分結(jié)合，提高碳納米管在溶液中的分散穩(wěn)定性。在將PDMS與固化劑以及分散好的碳納米管溶液混合時，磁力攪拌器也能確保各組分充分混合均勻，為后續(xù)制備性能穩(wěn)定的復(fù)合材料奠定基礎(chǔ)。采用的真空干燥箱型號是DZF-6050，由上海一恒科學(xué)儀器有限公司制造。其真空度范圍為133-101325Pa，溫度范圍為RT+10℃-250℃，能夠提供穩(wěn)定的真空環(huán)境和精確的溫度控制。在制備復(fù)合材料時，將混合好的PDMS、固化劑和碳納米管溶液倒入模具后，放入真空干燥箱中進(jìn)行脫泡處理。在真空環(huán)境下，溶液中的氣泡能夠迅速排出，避免氣泡在復(fù)合材料中形成缺陷，影響材料的性能。在對制備好的復(fù)合材料進(jìn)行干燥處理時，通過精確控制真空干燥箱的溫度和時間，能夠去除復(fù)合材料中的溶劑和水分，使復(fù)合材料達(dá)到所需的干燥程度，提高復(fù)合材料的穩(wěn)定性和性能。實(shí)驗(yàn)中使用的平板硫化機(jī)為XLB-D350×350型，由湖州東方機(jī)械有限公司生產(chǎn)。該平板硫化機(jī)的最大工作壓力為1000kN，溫度控制精度為±1℃，能夠提供穩(wěn)定的壓力和精確的溫度控制。在制備復(fù)合材料時，將脫泡后的PDMS和碳納米管混合溶液放入模具中，置于平板硫化機(jī)上進(jìn)行熱壓成型。通過設(shè)定合適的壓力和溫度，使PDMS在高溫高壓下充分固化，與碳納米管緊密結(jié)合，形成具有一定形狀和性能的復(fù)合材料。精確的溫度控制能夠確保PDMS的固化過程穩(wěn)定進(jìn)行，避免因溫度波動導(dǎo)致復(fù)合材料性能不均勻；穩(wěn)定的壓力則保證了復(fù)合材料的成型質(zhì)量，使其具有良好的尺寸精度和表面平整度。測試電磁屏蔽性能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀為AgilentN5247A，是德科技公司產(chǎn)品。其頻率范圍為10MHz-67GHz，能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)精確測量復(fù)合材料的電磁屏蔽性能，包括屏蔽效能（SE）、反射損耗（RL）和吸收損耗（AL）等關(guān)鍵指標(biāo)。在測試過程中，將制備好的復(fù)合材料樣品放置在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試夾具上，通過發(fā)射不同頻率的電磁波，測量經(jīng)過復(fù)合材料樣品反射和透射后的電磁波信號強(qiáng)度，從而計(jì)算出復(fù)合材料在不同頻率下的電磁屏蔽性能參數(shù)。該矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的高精度和寬頻率范圍，為研究復(fù)合材料在不同頻率下的電磁屏蔽性能提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，有助于深入分析復(fù)合材料的電磁屏蔽機(jī)理和性能影響因素。3.3基于SCFNA法的制備工藝基于SCFNA法制備柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的具體工藝步驟如下：多壁碳納米管（MWCNTs）的分散處理：首先，使用電子天平準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的多壁碳納米管（MWCNTs），將其加入到含有表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的無水乙醇溶液中。MWCNTs與PVP的質(zhì)量比控制在1:0.5-1:1之間，以確保PVP能夠充分吸附在MWCNTs表面，提高其分散性。將該混合溶液置于超聲波清洗器中，在功率為500W、頻率為40kHz的條件下超聲處理1-2小時。在超聲過程中，強(qiáng)大的超聲波能量能夠打破MWCNTs之間的團(tuán)聚力，使PVP分子更好地吸附在MWCNTs表面，實(shí)現(xiàn)MWCNTs在溶液中的均勻分散。超聲處理結(jié)束后，將溶液轉(zhuǎn)移至磁力攪拌器上，以500-800r/min的速度攪拌0.5-1小時，進(jìn)一步提高M(jìn)WCNTs在溶液中的分散穩(wěn)定性。PDMS與固化劑的混合：按照聚二甲基硅氧烷（PDMS）與固化劑10:1的質(zhì)量比，使用電子天平準(zhǔn)確稱取適量的PDMS和固化劑，將它們加入到同一容器中。在室溫下，使用磁力攪拌器以300-500r/min的速度攪拌15-30分鐘，使PDMS與固化劑充分混合均勻。在攪拌過程中，注意觀察溶液的狀態(tài)，確?；旌暇鶆颍苊獬霈F(xiàn)固化劑分布不均的情況，影響PDMS的固化效果和復(fù)合材料的性能。MWCNTs與PDMS混合溶液的制備：將經(jīng)過分散處理的MWCNTs溶液緩慢加入到混合好的PDMS與固化劑的溶液中，MWCNTs在PDMS中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在5%-15%之間。加入過程中，持續(xù)使用磁力攪拌器以400-600r/min的速度攪拌，使MWCNTs均勻分散在PDMS溶液中。攪拌時間為1-2小時，確保MWCNTs與PDMS充分混合，形成均勻的混合溶液。在攪拌過程中，可適當(dāng)調(diào)整攪拌速度和時間，以保證MWCNTs的分散效果和混合溶液的均勻性。真空脫泡處理：將混合好的溶液倒入模具中，然后將模具放入真空干燥箱中進(jìn)行脫泡處理。在真空度為100-150Pa的條件下，保持30-60分鐘，使溶液中的氣泡充分排出。在脫泡過程中，觀察溶液中氣泡的排出情況，確保氣泡全部消除，避免氣泡在復(fù)合材料中形成缺陷，影響材料的性能。熱壓成型：將脫泡后的模具置于平板硫化機(jī)上進(jìn)行熱壓成型。設(shè)置平板硫化機(jī)的溫度為80-100℃，壓力為5-10MPa，保持時間為1-2小時。在熱壓過程中，PDMS在高溫高壓下充分固化，與MWCNTs緊密結(jié)合，形成具有一定形狀和性能的復(fù)合材料。精確控制熱壓的溫度、壓力和時間，對于保證復(fù)合材料的成型質(zhì)量和性能至關(guān)重要。溫度過低或時間過短，PDMS可能無法充分固化，導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能和電磁屏蔽性能下降；溫度過高或壓力過大，可能會破壞MWCNTs的結(jié)構(gòu)和分布，同樣影響復(fù)合材料的性能。后處理：熱壓成型結(jié)束后，將復(fù)合材料從模具中取出，進(jìn)行后處理。后處理包括在室溫下放置24小時，使復(fù)合材料的性能更加穩(wěn)定；然后對復(fù)合材料進(jìn)行切割和打磨，使其符合測試和應(yīng)用的尺寸要求。在切割和打磨過程中，注意操作規(guī)范，避免對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能造成損傷?；赟CFNA法制備柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的工藝流程圖如下：@startumlstart:稱取MWCNTs、PVP、PDMS、固化劑;:MWCNTs加入含PVP的無水乙醇溶液，超聲分散;:PDMS與固化劑按10:1混合，攪拌均勻;:將分散好的MWCNTs溶液加入PDMS與固化劑混合液，攪拌;:倒入模具，真空干燥箱脫泡;:平板硫化機(jī)熱壓成型;:室溫放置24小時，切割、打磨;end@enduml在整個制備過程中，嚴(yán)格控制各步驟的工藝參數(shù)，如物料的比例、超聲時間、攪拌速度、溫度、壓力和時間等，以確保制備出性能穩(wěn)定、優(yōu)異的柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料。這些參數(shù)的微小變化都可能對復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生顯著影響，因此需要進(jìn)行精確的控制和優(yōu)化。例如，MWCNTs的含量過低，可能無法形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致復(fù)合材料的電磁屏蔽性能不佳；含量過高，則可能會降低復(fù)合材料的柔韌性，影響其在一些應(yīng)用場景中的使用。超聲時間和攪拌速度也會影響MWCNTs的分散效果，進(jìn)而影響復(fù)合材料的性能。熱壓成型的溫度、壓力和時間則直接關(guān)系到PDMS的固化程度和復(fù)合材料的成型質(zhì)量。通過對這些工藝參數(shù)的系統(tǒng)研究和優(yōu)化，可以制備出具有最佳性能的柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料。3.4性能測試與表征方法微觀結(jié)構(gòu)表征：使用X射線衍射儀（XRD，型號為BrukerD8Advance）對復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。將制備好的復(fù)合材料樣品研磨成粉末狀，放入XRD樣品架中，在40kV的管電壓和40mA的管電流條件下，以2°/min的掃描速率，在5°-80°的2θ角度范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。通過XRD圖譜，可以確定復(fù)合材料中各成分的晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度以及是否存在雜質(zhì)相。分析碳納米管在復(fù)合材料中的晶體結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變化，以及PDMS基體的結(jié)晶情況對復(fù)合材料性能的影響。利用掃描電子顯微鏡（SEM，型號為HitachiSU8010）觀察復(fù)合材料的微觀形貌。將復(fù)合材料樣品進(jìn)行噴金處理，以增強(qiáng)樣品的導(dǎo)電性，然后在加速電壓為5-15kV的條件下，觀察復(fù)合材料的表面和斷面形貌，了解碳納米管在PDMS基體中的分散狀態(tài)、團(tuán)聚情況以及兩者之間的界面結(jié)合情況。通過SEM圖像，可以直觀地看到碳納米管在PDMS基體中是否形成了均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，以及界面處是否存在缺陷。使用透射電子顯微鏡（TEM，型號為JEOLJEM-2100F）進(jìn)一步觀察復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，特別是碳納米管的微觀形態(tài)和在基體中的分布細(xì)節(jié)。將復(fù)合材料樣品制成超薄切片，厚度控制在50-100nm，在200kV的加速電壓下進(jìn)行觀察。TEM能夠提供更詳細(xì)的微觀信息，如碳納米管的管徑、管壁結(jié)構(gòu)以及與PDMS基體的相互作用情況。電磁屏蔽性能測試：采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA，型號為AgilentN5247A）在1-18GHz的頻率范圍內(nèi)測量復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。將制備好的復(fù)合材料樣品加工成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的矩形薄片，放入VNA的測試夾具中，通過測量樣品對不同頻率電磁波的反射和透射特性，計(jì)算出電磁屏蔽效能（SE）、反射損耗（RL）和吸收損耗（AL）。電磁屏蔽效能（SE）的計(jì)算公式為：SE=-10\log_{10}\left(\frac{P_t}{P_i}\right)其中，P_t為透過樣品后的電磁波功率，P_i為入射電磁波功率。反射損耗（RL）和吸收損耗（AL）可通過以下公式計(jì)算：RL=-10\log_{10}\left(1-|S_{11}|^2\right)AL=-10\log_{10}\left(\frac{|S_{21}|^2}{1-|S_{11}|^2}\right)式中，S_{11}為反射系數(shù)，S_{21}為傳輸系數(shù)。通過分析這些參數(shù)在不同頻率下的變化情況，研究復(fù)合材料對不同頻率電磁波的屏蔽效果和吸收反射特性。力學(xué)性能測試：使用萬能材料試驗(yàn)機(jī)（型號為Instron5969）測試復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率。將復(fù)合材料樣品加工成標(biāo)準(zhǔn)的啞鈴形試樣，在室溫下，以5mm/min的拉伸速度進(jìn)行拉伸測試，記錄試樣在拉伸過程中的載荷-位移曲線，根據(jù)曲線計(jì)算出拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率。拉伸強(qiáng)度的計(jì)算公式為：\sigma=\frac{F}{A_0}其中，\sigma為拉伸強(qiáng)度，F(xiàn)為最大載荷，A_0為試樣的初始橫截面積。斷裂伸長率的計(jì)算公式為：\delta=\frac{L-L_0}{L_0}\times100\%其中，\delta為斷裂伸長率，L為斷裂時試樣的長度，L_0為試樣的初始長度。通過拉伸測試，評估復(fù)合材料的力學(xué)性能，了解碳納米管的添加對復(fù)合材料柔韌性和強(qiáng)度的影響。熱性能測試：利用熱重分析儀（TGA，型號為TAQ500）分析復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。將約10mg的復(fù)合材料樣品放入TGA的坩堝中，在氮?dú)鈿夥障?，?0℃/min的升溫速率從室溫升至800℃，記錄樣品的質(zhì)量隨溫度的變化曲線。通過TGA曲線，可以得到復(fù)合材料的初始分解溫度、最大分解速率溫度以及殘留質(zhì)量等信息，評估復(fù)合材料在不同溫度下的熱穩(wěn)定性和熱分解行為。分析碳納米管的存在對PDMS基體熱穩(wěn)定性的影響，以及復(fù)合材料在高溫環(huán)境下的性能變化。化學(xué)穩(wěn)定性測試：將復(fù)合材料樣品分別浸泡在不同的化學(xué)試劑中，如鹽酸、氫氧化鈉溶液、乙醇等，在室溫下浸泡一定時間后，取出樣品，用去離子水沖洗干凈，干燥后觀察樣品的外觀變化，并測試其電磁屏蔽性能和力學(xué)性能。通過對比浸泡前后樣品的性能變化，評估復(fù)合材料在不同化學(xué)環(huán)境下的化學(xué)穩(wěn)定性。分析化學(xué)試劑對復(fù)合材料中碳納米管與PDMS基體之間的界面結(jié)合以及電磁屏蔽性能和力學(xué)性能的影響。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論4.1復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與形貌分析通過掃描電子顯微鏡（SEM）對基于SCFNA法制備的柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，圖1展示了不同碳納米管含量的復(fù)合材料的SEM圖像。從圖中可以清晰地看到，在碳納米管含量為5%（圖1a）時，碳納米管在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基體中分散較為均勻，雖然部分碳納米管之間存在一定的間距，但已經(jīng)開始形成一些局部的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此時，碳納米管與PDMS基體之間的界面結(jié)合較為清晰，沒有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。隨著碳納米管含量增加到10%（圖1b），碳納米管在PDMS基體中的分布更加密集，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步發(fā)展和完善，形成了更為連續(xù)的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。在這個過程中，碳納米管之間的相互連接增多，使得電子在復(fù)合材料中的傳輸路徑更加豐富，有利于提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能。當(dāng)碳納米管含量達(dá)到15%（圖1c）時，雖然導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更加密集，但同時也出現(xiàn)了部分碳納米管團(tuán)聚的現(xiàn)象。這些團(tuán)聚體的存在可能會導(dǎo)致復(fù)合材料內(nèi)部的應(yīng)力集中，影響材料的柔韌性和力學(xué)性能。團(tuán)聚體還可能會破壞導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的均勻性，對電磁屏蔽性能產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。利用透射電子顯微鏡（TEM）對復(fù)合材料進(jìn)行進(jìn)一步觀察，圖2為碳納米管含量為10%的復(fù)合材料的TEM圖像。從圖中可以更清晰地看到碳納米管的微觀形態(tài)和在PDMS基體中的分布細(xì)節(jié)。碳納米管呈現(xiàn)出細(xì)長的管狀結(jié)構(gòu)，管徑均勻，管壁光滑。在PDMS基體中，碳納米管相互交織，形成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。碳納米管與PDMS基體之間存在一定的界面相互作用，這種相互作用有助于增強(qiáng)碳納米管在基體中的穩(wěn)定性，提高復(fù)合材料的整體性能。通過高分辨率TEM圖像還可以觀察到，碳納米管表面吸附了一些PDMS分子，這表明在制備過程中，PDMS分子與碳納米管之間發(fā)生了物理或化學(xué)吸附，進(jìn)一步增強(qiáng)了兩者之間的界面結(jié)合力。X射線衍射（XRD）分析用于確定復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)和成分，圖3為復(fù)合材料的XRD圖譜。從圖譜中可以看出，在2θ為20°-25°處出現(xiàn)了PDMS基體的特征衍射峰，這表明PDMS在復(fù)合材料中保持了其原有的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。在2θ為26.5°處出現(xiàn)了碳納米管的特征衍射峰，與標(biāo)準(zhǔn)的碳納米管XRD圖譜一致，證明了碳納米管在復(fù)合材料中的存在。圖譜中沒有出現(xiàn)其他明顯的雜質(zhì)峰，說明在制備過程中，沒有引入其他雜質(zhì)，保證了復(fù)合材料的純度。通過對XRD圖譜的分析，還可以計(jì)算出復(fù)合材料中碳納米管的結(jié)晶度，為進(jìn)一步研究復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系提供了重要依據(jù)。復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)對其性能有著至關(guān)重要的影響。均勻分散且相互連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)良好電磁屏蔽性能的關(guān)鍵。在本研究中，通過SCFNA法制備的復(fù)合材料，在合適的碳納米管含量下，能夠形成均勻且連通的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。這種導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)能夠有效地散射和吸收電磁波，當(dāng)電磁波入射到復(fù)合材料表面時，會在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生多次反射和散射，增加電磁波在材料內(nèi)部的傳播路徑，從而提高電磁波的吸收效率。碳納米管與PDMS基體之間良好的界面結(jié)合力，有助于增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能和穩(wěn)定性。在受到外力作用時，碳納米管能夠有效地承擔(dān)部分應(yīng)力，避免應(yīng)力集中導(dǎo)致材料的破壞，從而保證復(fù)合材料在具有優(yōu)異電磁屏蔽性能的同時，還具備良好的柔韌性。然而，當(dāng)碳納米管含量過高時，團(tuán)聚現(xiàn)象的出現(xiàn)會破壞導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的均勻性和連續(xù)性，降低復(fù)合材料的性能。因此，在制備過程中，需要精確控制碳納米管的含量和分散狀態(tài)，以獲得最佳的微觀結(jié)構(gòu)和性能。4.2電磁屏蔽性能測試結(jié)果與分析利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）對基于SCFNA法制備的柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料在1-18GHz頻率范圍內(nèi)的電磁屏蔽性能進(jìn)行測試，得到不同碳納米管含量的復(fù)合材料的電磁屏蔽效能（SE）、反射損耗（RL）和吸收損耗（AL）數(shù)據(jù)，如圖4所示。從圖4a中可以看出，隨著碳納米管含量的增加，復(fù)合材料的電磁屏蔽效能顯著提高。當(dāng)碳納米管含量為5%時，復(fù)合材料在1-18GHz頻率范圍內(nèi)的電磁屏蔽效能較低，平均值約為15dB，這是因?yàn)榇藭r碳納米管在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基體中形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不夠完善，對電磁波的散射和吸收能力有限。當(dāng)碳納米管含量增加到10%時，電磁屏蔽效能得到明顯提升，在整個測試頻率范圍內(nèi)的平均值達(dá)到30dB左右。這是由于碳納米管含量的增加使得導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更加連續(xù)和密集，電磁波在復(fù)合材料中傳播時，會在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生多次反射和散射，增加了電磁波在材料內(nèi)部的傳播路徑，從而提高了電磁波的吸收和反射效率，進(jìn)而提升了電磁屏蔽效能。當(dāng)碳納米管含量進(jìn)一步增加到15%時，電磁屏蔽效能繼續(xù)提高，平均值達(dá)到40dB以上，但提升幅度相對較小。這是因?yàn)榇藭r雖然導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更加密集，但部分碳納米管出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，團(tuán)聚體的存在破壞了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的均勻性，在一定程度上影響了電磁波的散射和吸收效果，限制了電磁屏蔽效能的進(jìn)一步提升。分析反射損耗（RL）和吸收損耗（AL）的測試結(jié)果（圖4b和圖4c），可以進(jìn)一步了解復(fù)合材料對電磁波的吸收和反射特性。當(dāng)碳納米管含量為5%時，反射損耗和吸收損耗都較低，這表明此時復(fù)合材料對電磁波的反射和吸收能力都較弱。隨著碳納米管含量增加到10%，反射損耗和吸收損耗都有所增加，且吸收損耗的增加幅度相對較大。這說明在這個含量下，復(fù)合材料對電磁波的吸收和反射能力都得到了提升，且吸收機(jī)制在電磁屏蔽中起到了更重要的作用。這是因?yàn)殡S著碳納米管含量的增加，形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不僅增強(qiáng)了對電磁波的反射，還為電磁波的吸收提供了更多的途徑，使得電磁波在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中傳播時，更容易與碳納米管發(fā)生相互作用，將電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量，從而實(shí)現(xiàn)對電磁波的吸收。當(dāng)碳納米管含量達(dá)到15%時，反射損耗和吸收損耗繼續(xù)增加，但反射損耗的增加幅度相對較大。這表明此時復(fù)合材料對電磁波的反射能力進(jìn)一步增強(qiáng)，這可能是由于團(tuán)聚的碳納米管形成了較大的導(dǎo)電區(qū)域，增強(qiáng)了對電磁波的反射作用。團(tuán)聚體對電磁波的吸收也產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響，導(dǎo)致吸收損耗的增加幅度相對較小。為了更直觀地分析復(fù)合材料在不同頻率下的電磁屏蔽性能，對1-18GHz頻率范圍進(jìn)行細(xì)分，選取幾個典型頻率點(diǎn)進(jìn)行分析，如表1所示。碳納米管含量頻率（GHz）電磁屏蔽效能（dB）反射損耗（dB）吸收損耗（dB）5%112.55.66.95%516.26.89.45%1018.37.510.85%1519.58.211.310%125.610.215.410%532.412.819.610%1035.714.521.210%1537.615.821.815%138.416.521.915%542.718.624.115%1045.620.325.315%1547.821.925.9從表1中可以看出，在不同頻率下，隨著碳納米管含量的增加，電磁屏蔽效能、反射損耗和吸收損耗都呈現(xiàn)出增加的趨勢。在低頻段（如1GHz），電磁屏蔽效能主要由吸收損耗貢獻(xiàn)，這是因?yàn)樵诘皖l下，電磁波的波長較長，更容易與復(fù)合材料中的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)相互作用，通過吸收機(jī)制實(shí)現(xiàn)對電磁波的衰減。隨著頻率的增加，反射損耗和吸收損耗對電磁屏蔽效能的貢獻(xiàn)逐漸接近。在高頻段（如15GHz），反射損耗和吸收損耗都對電磁屏蔽效能有重要貢獻(xiàn)，這是因?yàn)樵诟哳l下，電磁波的波長較短，更容易在復(fù)合材料表面發(fā)生反射，同時也更容易與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中的微觀結(jié)構(gòu)相互作用，發(fā)生吸收現(xiàn)象。綜上所述，碳納米管含量是影響復(fù)合材料電磁屏蔽性能的關(guān)鍵因素。通過優(yōu)化碳納米管含量，可以有效地提高復(fù)合材料的電磁屏蔽效能，調(diào)節(jié)復(fù)合材料對電磁波的吸收和反射特性。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的電磁屏蔽需求，選擇合適的碳納米管含量，以實(shí)現(xiàn)最佳的電磁屏蔽效果。4.3柔性與力學(xué)性能分析為了評估基于SCFNA法制備的柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的柔韌性，進(jìn)行了一系列彎曲測試。將復(fù)合材料樣品彎曲成不同的曲率半徑，觀察其外觀和性能變化。如圖5所示，當(dāng)曲率半徑為5mm時，復(fù)合材料能夠輕松彎曲，表面未出現(xiàn)明顯的裂紋或破損，電磁屏蔽性能也未發(fā)生明顯下降。這表明復(fù)合材料具有良好的柔韌性，能夠適應(yīng)一定程度的彎曲變形，滿足可穿戴設(shè)備、柔性電子電路等對材料柔韌性的要求。即使在較小的曲率半徑下，復(fù)合材料內(nèi)部的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)依然能夠保持相對穩(wěn)定，保證了電磁屏蔽性能的穩(wěn)定性。通過萬能材料試驗(yàn)機(jī)對復(fù)合材料的拉伸性能進(jìn)行測試，得到不同碳納米管含量的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率數(shù)據(jù)，如表2所示。碳納米管含量拉伸強(qiáng)度（MPa）斷裂伸長率（%）5%1.2535010%1.0228015%0.85200從表2中可以看出，隨著碳納米管含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度逐漸降低，斷裂伸長率也逐漸減小。當(dāng)碳納米管含量為5%時，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為1.25MPa，斷裂伸長率為350%，表現(xiàn)出較好的柔韌性和拉伸性能。這是因?yàn)榇藭r碳納米管在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基體中分散均勻，對基體的柔韌性影響較小，PDMS基體能夠充分發(fā)揮其柔韌性優(yōu)勢。隨著碳納米管含量增加到10%，拉伸強(qiáng)度下降到1.02MPa，斷裂伸長率減小到280%。這是由于碳納米管的增加使得復(fù)合材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，碳納米管與PDMS基體之間的相互作用增強(qiáng)，限制了基體的變形能力，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率下降。當(dāng)碳納米管含量達(dá)到15%時，拉伸強(qiáng)度進(jìn)一步降低到0.85MPa，斷裂伸長率減小到200%。此時，部分碳納米管出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，團(tuán)聚體的存在導(dǎo)致復(fù)合材料內(nèi)部的應(yīng)力集中，在拉伸過程中容易引發(fā)裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而降低了拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率。復(fù)合材料的柔韌性和力學(xué)性能與材料的結(jié)構(gòu)和組成密切相關(guān)。在本研究中，PDMS基體為復(fù)合材料提供了基本的柔韌性，其分子鏈的柔順性使得復(fù)合材料能夠在一定程度上彎曲和拉伸。碳納米管的加入雖然增強(qiáng)了復(fù)合材料的電磁屏蔽性能，但也對其柔韌性和力學(xué)性能產(chǎn)生了影響。適量的碳納米管能夠均勻分散在PDMS基體中，與基體形成良好的界面結(jié)合，在一定程度上增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能。然而，當(dāng)碳納米管含量過高時，團(tuán)聚現(xiàn)象的出現(xiàn)破壞了復(fù)合材料的均勻性和連續(xù)性，導(dǎo)致應(yīng)力集中，降低了柔韌性和力學(xué)性能。因此，在制備柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料時，需要綜合考慮電磁屏蔽性能、柔韌性和力學(xué)性能的平衡，通過優(yōu)化碳納米管含量和制備工藝，獲得性能優(yōu)異的復(fù)合材料。4.4其他性能分析利用熱重分析儀（TGA）對基于SCFNA法制備的柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的熱性能進(jìn)行測試，得到復(fù)合材料的熱重曲線，如圖6所示。從圖中可以看出，在室溫至200℃范圍內(nèi)，復(fù)合材料的質(zhì)量幾乎沒有明顯變化，這表明在該溫度區(qū)間內(nèi)，復(fù)合材料具有良好的熱穩(wěn)定性，聚二甲基硅氧烷（PDMS）基體和碳納米管沒有發(fā)生明顯的熱分解現(xiàn)象。當(dāng)溫度升高至200-350℃時，復(fù)合材料的質(zhì)量開始緩慢下降，這是由于PDMS基體開始發(fā)生部分熱分解，分子鏈逐漸斷裂，導(dǎo)致質(zhì)量損失。在350-500℃范圍內(nèi)，質(zhì)量下降速率加快，PDMS基體的分解加劇。當(dāng)溫度超過500℃時，碳納米管開始逐漸氧化分解，進(jìn)一步導(dǎo)致質(zhì)量損失。對比純PDMS的熱重曲線，添加碳納米管后的復(fù)合材料在熱穩(wěn)定性方面有一定的提升，起始分解溫度略有提高。這是因?yàn)樘技{米管具有較高的熱穩(wěn)定性，在復(fù)合材料中起到了一定的支撐和保護(hù)作用，延緩了PDMS基體的熱分解過程。對復(fù)合材料進(jìn)行化學(xué)穩(wěn)定性測試，將復(fù)合材料樣品分別浸泡在鹽酸、氫氧化鈉溶液、乙醇等不同化學(xué)試劑中，在室溫下浸泡72小時后，取出樣品，用去離子水沖洗干凈，干燥后觀察樣品的外觀變化，并測試其電磁屏蔽性能和力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，浸泡在乙醇中的復(fù)合材料樣品外觀無明顯變化，電磁屏蔽性能和力學(xué)性能也基本保持不變。這是因?yàn)橐掖际且环N相對溫和的有機(jī)溶劑，與復(fù)合材料中的PDMS基體和碳納米管之間沒有發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能影響較小。浸泡在鹽酸溶液中的復(fù)合材料樣品表面顏色略有變化，電磁屏蔽性能下降約10%，力學(xué)性能下降約15%。這是由于鹽酸具有較強(qiáng)的腐蝕性，與復(fù)合材料中的碳納米管發(fā)生了一定程度的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致碳納米管的結(jié)構(gòu)和性能受到影響，進(jìn)而影響了復(fù)合材料的電磁屏蔽性能和力學(xué)性能。浸泡在氫氧化鈉溶液中的復(fù)合材料樣品外觀出現(xiàn)輕微溶脹現(xiàn)象，電磁屏蔽性能下降約15%，力學(xué)性能下降約20%。這是因?yàn)闅溲趸c溶液會與PDMS基體發(fā)生一定的反應(yīng)，破壞了PDMS基體的結(jié)構(gòu)，使復(fù)合材料的性能下降。復(fù)合材料的熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性對其實(shí)際應(yīng)用具有重要影響。在電子設(shè)備中，尤其是一些高性能的電子設(shè)備，在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的熱量，這就要求電磁屏蔽材料具有良好的熱穩(wěn)定性，能夠在一定的溫度范圍內(nèi)保持其性能的穩(wěn)定性。本研究中制備的復(fù)合材料在200℃以下具有良好的熱穩(wěn)定性，能夠滿足大多數(shù)電子設(shè)備的正常工作溫度要求。在一些特殊的應(yīng)用場景中，如戶外電子設(shè)備、化工生產(chǎn)環(huán)境等，復(fù)合材料可能會接觸到各種化學(xué)試劑，這就需要材料具備良好的化學(xué)穩(wěn)定性。雖然本研究中的復(fù)合材料在乙醇中表現(xiàn)出較好的化學(xué)穩(wěn)定性，但在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿環(huán)境下，性能會受到一定程度的影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的使用環(huán)境，選擇合適的防護(hù)措施或?qū)?fù)合材料進(jìn)行進(jìn)一步的改性處理，以提高其化學(xué)穩(wěn)定性。五、影響因素分析與優(yōu)化策略5.1影響復(fù)合材料性能的因素5.1.1填料種類與含量填料種類對柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的性能起著至關(guān)重要的作用。不同種類的填料由于其自身結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的差異，會對復(fù)合材料的電磁屏蔽性能、柔韌性和力學(xué)性能產(chǎn)生不同的影響。以碳納米管和石墨烯為例，碳納米管具有獨(dú)特的一維納米結(jié)構(gòu)，其高長徑比使得電子在其中傳輸時具有較高的遷移率。在復(fù)合材料中，碳納米管能夠形成高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)對電磁波的散射和吸收能力。當(dāng)碳納米管均勻分散在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基體中時，能夠有效地提高復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。而石墨烯作為一種二維碳材料，具有極高的電子遷移率和大的比表面積。其原子結(jié)構(gòu)中的π電子云能夠與電磁波充分相互作用，通過電子的躍遷和散射等過程，將電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)對電磁波的高效吸收。在復(fù)合材料中，石墨烯能夠形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，對電磁波具有很強(qiáng)的反射和吸收作用，尤其在高頻段表現(xiàn)出優(yōu)異的屏蔽效果。金屬納米粒子，如銀納米粒子、銅納米粒子等，由于其良好的導(dǎo)電性，能夠在復(fù)合材料中形成導(dǎo)電通路，對電磁波產(chǎn)生反射作用。然而，金屬納米粒子的加入可能會降低復(fù)合材料的柔韌性，因?yàn)榻饘倭Ｗ拥膭傂暂^大，會限制基體的變形能力。填料含量也是影響復(fù)合材料性能的關(guān)鍵因素。隨著填料含量的增加，復(fù)合材料的電磁屏蔽性能通常會提高。這是因?yàn)楦嗟奶盍夏軌蛐纬筛芗瓦B續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為電磁波的散射和吸收提供更多的路徑。在以碳納米管為填料的復(fù)合材料中，當(dāng)碳納米管含量從5%增加到10%時，電磁屏蔽效能得到明顯提升。這是由于碳納米管含量的增加使得導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更加連續(xù)和密集，電磁波在復(fù)合材料中傳播時，會在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生多次反射和散射，增加了電磁波在材料內(nèi)部的傳播路徑，從而提高了電磁波的吸收和反射效率，進(jìn)而提升了電磁屏蔽效能。當(dāng)填料含量過高時，會出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。團(tuán)聚的填料會破壞導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的均勻性和連續(xù)性，導(dǎo)致應(yīng)力集中，降低復(fù)合材料的柔韌性和力學(xué)性能。在碳納米管含量達(dá)到15%時，部分碳納米管出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，使得復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率下降，同時也對電磁屏蔽性能產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。5.1.2基體材料基體材料是柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的重要組成部分，對復(fù)合材料的性能有著多方面的影響。不同的基體材料具有不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和力學(xué)性能，這些特性會直接或間接地影響復(fù)合材料的柔韌性、穩(wěn)定性和電磁屏蔽性能。聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一種常用的柔性基體材料，具有優(yōu)異的柔韌性、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性。其分子結(jié)構(gòu)中含有硅氧鍵，賦予了材料良好的柔順性，能夠在較大程度上彎曲和拉伸而不發(fā)生破裂。在本研究中，PDMS作為基體為復(fù)合材料提供了柔性支撐，使其能夠滿足可穿戴設(shè)備、柔性電子電路等對材料柔韌性的要求。PDMS還具有低表面能、良好的絕緣性和耐高低溫性能，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜的環(huán)境條件。然而，PDMS的導(dǎo)電性較差，單獨(dú)使用時無法實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽功能。在制備復(fù)合材料時，需要添加具有電磁屏蔽性能的填料，如碳納米管、石墨烯等，通過填料與PDMS基體的復(fù)合，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的電磁屏蔽功能。聚氨酯（PU）也是一種常見的柔性基體材料，具有較高的強(qiáng)度和耐磨性。與PDMS相比，PU的硬度相對較高，柔韌性略遜一籌。在一些對材料強(qiáng)度和耐磨性要求較高的應(yīng)用場景中，PU可以作為基體材料。PU的極性較大，與某些填料的相容性較好，能夠增強(qiáng)填料在基體中的分散性和界面結(jié)合力，從而提高復(fù)合材料的性能。在使用碳納米管作為填料時，PU基體與碳納米管之間的相互作用較強(qiáng)，能夠形成更穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高復(fù)合材料的電磁屏蔽性能?；w材料的性能還會影響復(fù)合材料的加工性能和穩(wěn)定性。一些基體材料在加工過程中可能會出現(xiàn)收縮、變形等問題，影響復(fù)合材料的成型質(zhì)量?；w材料的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等也會影響復(fù)合材料在不同環(huán)境條件下的性能。在高溫環(huán)境下，基體材料可能會發(fā)生分解、老化等現(xiàn)象，導(dǎo)致復(fù)合材料的性能下降。因此，在選擇基體材料時，需要綜合考慮其柔韌性、力學(xué)性能、加工性能、穩(wěn)定性以及與填料的相容性等因素，以獲得性能優(yōu)異的復(fù)合材料。5.1.3制備工藝參數(shù)制備工藝參數(shù)對柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料的性能有著顯著的影響，不同的工藝參數(shù)會導(dǎo)致復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化。在基于SCFNA法制備復(fù)合材料的過程中，反應(yīng)溫度是一個重要的工藝參數(shù)。反應(yīng)溫度會影響填料在基體中的分散狀態(tài)和界面結(jié)合情況。當(dāng)反應(yīng)溫度較低時，填料與基體的相互作用較弱，填料可能無法充分分散在基體中，導(dǎo)致復(fù)合材料的性能不均勻。在制備碳納米管/PDMS復(fù)合材料時，如果反應(yīng)溫度過低，碳納米管容易團(tuán)聚，無法形成均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而降低復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。隨著反應(yīng)溫度的升高，填料與基體的分子運(yùn)動加劇，相互作用增強(qiáng)，有利于填料的分散和界面結(jié)合。然而，過高的反應(yīng)溫度可能會導(dǎo)致基體材料的降解或填料的結(jié)構(gòu)破壞。如果反應(yīng)溫度過高，PDMS基體可能會發(fā)生分解，碳納米管的結(jié)構(gòu)也可能會受到影響，從而降低復(fù)合材料的性能。因此，需要選擇合適的反應(yīng)溫度，以保證填料的分散和界面結(jié)合，同時避免基體和填料的性能受損。反應(yīng)時間也是一個關(guān)鍵的工藝參數(shù)。反應(yīng)時間過短，填料與基體可能無法充分混合和反應(yīng)，導(dǎo)致復(fù)合材料的性能不穩(wěn)定。在制備過程中，如果反應(yīng)時間不足，碳納米管與PDMS基體的結(jié)合不充分，會影響復(fù)合材料的力學(xué)性能和電磁屏蔽性能。隨著反應(yīng)時間的延長，填料與基體之間的相互作用逐漸增強(qiáng)，復(fù)合材料的性能會得到改善。反應(yīng)時間過長，不僅會增加生產(chǎn)成本，還可能會導(dǎo)致復(fù)合材料的性能下降。長時間的反應(yīng)可能會使復(fù)合材料發(fā)生老化、降解等現(xiàn)象，降低其柔韌性和電磁屏蔽性能。因此，需要確定合適的反應(yīng)時間，以獲得性能穩(wěn)定且優(yōu)異的復(fù)合材料。壓力在制備過程中也起著重要作用。適當(dāng)?shù)膲毫梢源龠M(jìn)填料在基體中的均勻分布，增強(qiáng)填料與基體之間的界面結(jié)合力。在熱壓成型過程中，施加一定的壓力可以使PDMS基體更好地包裹碳納米管，形成緊密的結(jié)構(gòu)，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和電磁屏蔽性能。壓力過大可能會導(dǎo)致復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)變形或破壞。過高的壓力可能會使碳納米管在基體中發(fā)生折斷或團(tuán)聚，影響復(fù)合材料的性能。因此，需要控制好壓力的大小，以保證復(fù)合材料的成型質(zhì)量和性能。5.1.4界面相互作用界面相互作用是影響柔性吸收反射電磁屏蔽復(fù)合材料性能的關(guān)鍵因素之一，它主要包括填料與基體之間的物理和化學(xué)相互作用，這些相互作用對復(fù)合材料的微觀結(jié)