基于掺杂聚苯胺的核壳型电磁屏蔽/吸波复合材料研究进展

掺杂聚苯胺(PANI)具有合成方法简单、电导率可调、质量轻、价格低廉、性能稳定等优点,使其成为一种性能优良的本征型电导高分子。为实现日益提高的高性能电磁屏蔽/吸波材料的应用要求,需要将掺杂PANI和其他材料复合使用。核壳结构材料整合了核与壳材料的优点,通过改变核和壳的化学组成、组分和形貌,可以调控材料的性能,拓展其应用范围。文中回顾了近5年来,尤其是近3年来掺杂PANI用于核壳型电磁屏蔽/吸波材料的一系列研究工作。从材料的制备、结构、性能、屏蔽/吸波机理等方面进行了阐述,并对其发展前景进行了展望。     

电磁屏蔽机理及轻质宽频吸波材料的研究进展

随着智能通信系统、无线网络设备、电子探测设备等技术的发展,空间电磁波辐射对仪器设备的影响不断增大,电磁波屏蔽技术在电磁兼容(EMC)、抗电磁干扰(EMI)设计、飞行器隐身等方面有了越来越广泛的应用。目前,以铁氧体、碳化硅、石墨为代表的传统吸波材料普遍存在着吸收频带窄、吸收性能弱等缺点,一般通过掺杂改性的方法来提高其吸波性能,但得到的吸波层厚度较大,吸波效果不够理想,同时增加了设备质量,也无法达到飞行器减重的目的。近年来,以纳米吸波材料、复合型导电聚合物、石墨烯吸波材料以及超材料为代表的新型轻质宽频吸波材料得到了越来越多的关注。电磁波屏蔽机理主要基于电磁波的反射与吸收,大量的研究结果表明,与电磁波能量衰减相关的参量,如吸收频率、吸收厚度和吸收带宽,与吸波材料的成分和微观结构有着密切的联系。为了得到轻质宽频电磁波吸收材料,一方面电磁波应通过介质表面尽可能多地进入到材料内部,这需要材料具有良好的空间阻抗匹配性;另一方面,进入到材料内部的电磁波应尽可能多地衰减,转化成热能或其他形式的能量,这需要吸波材料具有较高的电损耗或磁损耗。铁氧体吸波材料在低频下具有良好的阻抗匹配性,但在高频波段,磁滞效应和涡流效应都随之减弱,可以通过元素掺杂、制备纳米材料或表面处理技术来改善其吸波性能。金属磁性材料由于晶格结构比铁氧体简单,且没有铁氧体中磁性次格子磁矩的相互抵消,理论电磁波吸收值高于铁氧体,纳/微米结构金属磁性材料成为新一代轻质宽频吸波材料。导电聚合物作为吸波材料可以使产品的质量极大降低,通过改性的方法使其具备可调的电导率和介电常数,而添加金属、金属氧化物或碳纤维能够有效提高导电聚合物的阻抗匹配性。碳基电磁波屏蔽材料具有质轻、耐腐蚀和易加工等优点,石墨烯吸波材料通过改进其自然共振、异质结构界面、电磁耦合来增强电磁损耗,成为轻型超薄吸波材料的代表。超材料吸波结构通过对组成单元的结构和排布控制,在较宽频率范围内实现了对电磁波的吸收。轻质宽频吸波材料不仅具有重要的军事应用价值,在民用电磁干扰防护方面也具有广阔的应用前景。本文从不同的电磁屏蔽机理及材料本征特性出发,对不同种类的新型宽频吸波材料进行了综述,研究了不同吸波体的电磁波吸收性能与微观结构的关系,对实现其轻质宽频吸收的作用机理进行了介绍,为制备性能优异的吸波材料提供了理论技术支持,为发展新一代高性能电磁波吸收材料提供了研究思路。     

轻质核壳结构吸波材料的研究进展

随着现代科技的发展,电磁波辐射对人类的影响越来越大,在电子电路中释放的电磁波会破坏其他设备的性能并且损害人体健康,因此吸波材料的研究显得尤为重要。此外,具有优良电磁性能的复合吸波材料还可以用于制备飞行器隐身材料。这是因为高强度的微波吸收材料具有良好的介电损耗和磁性损耗,同时具有优越的阻抗匹配,而核壳结构的吸波材料是复合吸波材料中较为理想的材料。本文详细介绍了核壳结构吸波材料的合成方法,并根据核壳结构材料的分类及具体应用,阐述了近年来国内外核壳结构吸波材料的最新研究进展。     

羰基铁粉/聚甲基丙烯酸甲酯/聚苯胺复合吸波剂的制备与性能

以苯胺(ANI)、羰基铁粉(CIP)和甲基丙烯酸甲脂(MMA)等为原料,采用化学氧化法和原位复合技术制备了掺杂态聚苯胺(PANI)、羰基铁粉/聚甲基丙烯酸甲脂(CIP/PMMA)和羰基铁粉/聚甲基丙烯酸甲脂/聚苯胺(CIP/PMMA/PANI)吸波剂,用XRD、SEM、TEM表征了吸波剂的结构与形貌,通过矢量网络分析仪测定吸波剂的电磁参数表明CIP/PMMA/PANI复合吸波剂既有电损耗又有磁损耗。在2～18 GHz频段内,材料厚度为1.0 mm时,计算出其最小反射率达-11.26 dB,反射率小于-10 dB的带宽为9.2 GHz、小于-8 dB的带宽达14 GHz,计算结果表明该复合吸波剂具有良好的宽频吸波性能。      

碳系填充型电磁屏蔽材料的研究进展

填充型电磁屏蔽材料在电磁屏蔽领域有着广阔的应用前景,而碳填料具有来源广、质量轻、成本低、导电性良好等优点,以其作为导电填料的填充型电磁屏蔽材料因具有较好的综合性能而受到越来越多的关注.对近年来国内外碳系填充型电磁屏蔽材料的发展情况进行了综合评述,着重介绍了碳系填充型电磁屏蔽材料的导电机理、填充方法、分类、掺杂及影响其屏蔽性能的主要因素.     

静电纺丝技术制备复合纳米纤维电磁屏蔽及吸波材料的研究进展

随着信息时代的到来,电磁波的泄漏给人类健康带来了严重的危害,因此,高性能电磁防护材料的设计迫在眉睫。静电纺丝技术制备的复合纳米纤维具有质量轻、成本低、比表面积大、易加工和物理化学性能稳定等优点,是近年来高性能电磁屏蔽及吸波材料研究的热点。本文首先介绍了电磁屏蔽及吸波的基本原理,并结合国内外研究现状,将市场上应用广泛的电磁屏蔽及吸波材料系统的分成了金属及金属氧化物、碳材料、导电聚合物和过渡金属碳化物4类,并进行了详细了介绍。同时,综述了各种填料对电磁屏蔽及吸波性能的影响及目前正面临的问题。     

宽带吸波超材料的研究进展

宽带吸波材料在隐身、电磁屏蔽和兼容等领域具有重要应用价值。受制于材料的电磁频散,传统吸波材料的低频吸收性能难以进一步提升。近年来发展的吸波超材料由于具有不同于传统材料的吸波原理而广受关注。简要概述了吸波超材料的性能、结构及特点,重点介绍了吸波超材料的新型吸收机制及宽带吸波超材料的最新研究成果,最后对其今后的发展方向做了展望。     

核壳结构电磁波吸收材料研究进展

微波通信技术的发展和广泛应用,在方便人们生活的同时,产生的大量电磁波会对环境造成污染,从而威胁人们的身体健康。电磁波吸收材料(也称吸波材料)可以吸收多余的、泄漏的电磁波能量,在治理电磁波污染方面有着十分重要的经济价值与社会效益。此外,在军事工业领域,雷达隐身飞机、导弹、作战指挥车等军事装备也对吸波材料有着极为紧迫的需求,不仅要求吸波材料具有薄、轻、宽、强的特点,还要求其具有耐高温、抗氧化、高强度等性能。传统吸波材料(如铁氧体、羰基铁、导电炭黑)的损耗机制单一,导致其吸波频带窄、吸收能力不够强,复合化处理就成为获得优良性能吸波材料的必要手段。通常人们采取多层宏观尺度结构匹配的方式来达到宽波段吸收的目的,但通过该方法得到的吸波材料匹配厚度大,适用领域十分有限,很难同时满足吸波材料薄、轻、宽、强的要求。纳米科学技术的发展使得材料的设计与制备拓展到了原子级别,人们试图从纳米尺度上对吸收材料进行阻抗匹配设计与损耗能力改进,其中核壳结构吸波材料由于结构设计自由度大、性能优异,逐渐成为该领域的研究热点。近年来,对核壳结构吸波材料的探究主要是从材料本身的特性出发,采用不同损耗特性的材料进行包覆,并结合对材料微观结构和形貌的设计,来提高吸波材料的匹配特性和有效波频带宽度。其中,具有中空核壳结构和各向异性的材料(如二维片状、纳米花状、纳米管状)表现出更优异的吸波性能。此外,可选用陶瓷材料和耐温树脂作为壳层材料,以满足吸波材料的耐高温和抗氧化性能的要求。目前虽对核壳结构吸波材料的报道较多,但其研究体系尚未统一,吸波调控机理也仍有待深入研究。本文基于核壳结构吸波材料最新的研究进展,介绍了已报道的核壳结构吸波材料的类型,分析了核壳结构吸波材料的微观调控机制和制备方法。最后,对核壳结构吸波材料的发展进行了总结和展望。     

电磁屏蔽与吸波材料

首先阐述了电磁屏蔽材料与吸波材料研究的重要意义，分析了电磁屏蔽与吸波材料的工作原理，综述了电磁屏蔽材料与吸波材料的种类及其性能，最后指出了其研究方向。     

铁氧体基核壳结构复合吸波材料研究进展

核壳结构复合吸波材料因其独特的物理化学特性和良好的吸波能力,近年来成为研究的热点。本文综述了近年来有关铁氧体基核壳结构复合吸波材料的研究成果。介绍了核壳结构吸波材料吸波原理的研究进展,然后将铁氧体基核壳结构复合吸波材料的研究成果系统归纳为四大类,即金属微粉/铁氧体复合,不同类型铁氧体复合,导电高聚物/铁氧体复合、其他复合类型,评述了其特点。指出了铁氧体基核壳结构复合吸波材料未来研究亟待解决的问题和发展方向。     

聚苯胺纳米纤维/锂锌铁氧体复合吸波材料的制备与性能

采用溶胶-凝胶法制备锂锌铁氧体(Li_0.435Zn_0.195Fe_2.37O₄,LZFO),界面聚合法制备纯聚苯胺(PANI)和PANI纳米纤维/LZFO复合材料。通过SEM、XRD、FTIR和矢量网络分析(PNA)等对材料的物相、结构和吸波性能进行了表征和分析。结果表明:制备出的样品分别为PANI、LZFO和不同配比的PANI纳米纤维/LZFO复合材料。在2~18 GHz范围内,PANI纳米纤维/LZFO复合材料的电磁波反射率<-10 dB的波段有2个,吸波性能较纯PANI和LZFO有了很大提高,并且拓宽了吸波频带,当PANI纳米纤维/LZFO复合材料中PANI纳米纤维的质量分数为10%,其综合吸波性能最佳,电磁波反射率<-10 dB的波段分别为2.5~5.5 GHz波段和14.5~16.5 GHz波段,最大吸收峰可达到-33.8 dB。而PANI和LZFO在电磁波反射率<-10 dB的波段只有1个。因此通过PANI纳米纤维接枝铁氧体,可调节电磁参数,提高材料的吸波性能。      

核壳吸波材料的研究进展

核壳吸波材料作为一种新型复合吸波材料,与单一类型的吸波材料相比在结构、吸波性能和应用上有着明显优势,本文总结了核壳吸波材料的基本类型、制备方法及提出了一种新的制备方法-自反应淬熄+表面改性法。指出核壳吸波材料有望满足新型吸波材料"薄、轻、宽、强"的要求,并对今后核壳吸波材料的研究提出展望。     

原位聚合法制备铁氧体/聚苯胺吸波复合材料的研究进展

电磁污染已成为继空气污染、水污染和噪声污染之后的第四大污染, 吸波材料因其吸收和衰减特性, 可以作为解决电磁污染的有效手段。聚苯胺(PANI)作为一种电阻损耗型吸波材料, 可以满足吸波材料"厚度薄"、"质量轻"的发展理念, 但由于阻抗匹配度差, 吸波性能并不理想。铁氧体作为一类传统的磁损耗型吸波材料, 因其密度较高使其适用范围受到限制。高密度的铁氧体与低密度的聚苯胺复合制备的吸波材料, 不仅可以调整复合材料的密度, 而且还能改善复合材料的阻抗匹配, 提高铁氧体/聚苯胺复合材料的吸波性能。本文首先探讨了聚苯胺以及铁氧体/聚苯胺复合材料的制备方法, 其次阐述了铁氧体/聚苯胺复合材料的吸波机理。然后分别归纳了尖晶石型、磁铅石型、石榴石型铁氧体与聚苯胺制备的复合材料在吸波领域的研究进展。最后指出铁氧体/聚苯胺复合材料应趋向于电磁仿真和多元复合化的方向发展。     

电磁屏蔽碳系纳米粒子/聚合物基泡沫复合材料的研究进展

各种电子设备的广泛应用,使得电磁辐射与电磁污染日益严重,电磁屏蔽材料应运而生.泡沫复合材料具有密度低,强度高,抗氧化,耐久性强等优点,是一种新型电磁屏蔽材料.本文介绍了电磁屏蔽碳系纳米粒子/聚合物基泡沫复合材料的最新研究进展.基于材料对电磁波的屏蔽机理,重点分析和概述了复合材料中的吸波剂、微观结构及宏观形貌对电磁屏蔽性...     

掺镍介孔碳/聚苯胺复合材料吸波性能研究

在制备出含镍介孔碳(OMC-Ni)和十二烷基苯磺酸钠(LAS)/HCl掺杂聚苯胺(PANI)复合物基础上,采用同轴传输线法测试了材料在2-18 GHz范围的电磁参数并获得其吸波性能。结果表明:提高介孔碳中镍掺杂量及改变复合物中PANI含量均能有效提高材料的反射损耗,且有效吸收带宽(≤–10 dB)与材料匹配厚度密切相关,如OMC-Ni0.05/PANI厚度d=1.9 mm时有效带宽为5.0 GHz(10.7–15.7 GHz)。     

电磁屏蔽机理及涂敷/结构型吸波复合材料研究进展

电子产品和通讯技术快速发展造成的电磁污染日益严重,既危害人体健康和仪器仪表精度,又会造成信息泄露、失去安全保障等.因此,电磁屏蔽技术为直接有效的防控措施之一,通过衰减甚至完全消除电磁波来阻止电磁波的传递.电磁屏蔽机理包括电磁波反射和电磁波吸收两个方面,科学地设计制备出高性能的吸波复合材料已成为研究的热点问题之一.研究结果表明,电磁波衰减不仅需要吸波材料自身较好的电磁损耗性能,更需电磁波能够基于自由空间与基体材料间具有阻抗匹配特性,有效进入吸波材料内部,使电磁波能被吸波剂高效吸收.通常,按照制备工艺划分,吸波复合材料可分为涂敷型和结构型吸波复合材料两大类.前者是将吸波剂与涂料、粘合剂等充分混合后涂敷于元件表面作为吸波涂层,而后者则是以吸波剂作为功能载体,具有优良物理化学特性的材料作为基体,并与功能载体产生协同或增强作用的新型吸波复合材料.本文通过对电磁屏蔽理论及吸波材料的本征特性进行系统的总结归纳,并基于相关理论基础对涂敷/结构型吸波复合材料进行简要综述,对比不同类型吸波材料的吸波性能,探讨涂敷/结构型吸波复合材料未来发展的制约因素及今后发展前景,为开发新型吸波复合材料提供理论支撑和研究思路.     

核壳结构LaOCl/LaFeO3纳米纤维的阻抗匹配设计及其电磁吸波性能研究(英文)

电磁波在无线通信等领域的广泛应用导致了严重的电磁污染,迫切需要研发高性能电磁波吸收材料.本文针对吸波材料阻抗不匹配等关键问题,设计并成功制备了新型核壳LaOCl/LaFeO₃纳米纤维电磁波吸收剂.这种独特的一维多级结构由导电LaFeO₃磁性壳层和离子化合物LaOCl核层组成.基于介电-磁损耗耦合和阻抗匹配的协同作用,LaOCl/LaFeO₃纳米纤维在超低负载条件下(4 w t%),表现出-40.1 d B (2.0 mm)的反射损耗和6.4 GHz (2.4 mm)的有效吸收带宽.该工作提出了一种新型LaOCl/LaFeO₃纳米纤维吸波材料,并为阻抗匹配调控和电磁吸波性能优化开辟了新策略.     

电磁屏蔽与吸波材料研究进展

分析了电磁屏蔽与吸波材料的工作原理,综述了电磁屏蔽材料与吸波材料国内外研究进展与应用.     

自反应淬熄法制备Zn-Ti钡铁氧体空心陶瓷微珠及其超声化学镀Ni-Co合金后的吸波性能

通过自反应淬熄法制备Zn-Ti钡铁氧体空心陶瓷微珠吸波材料,再超声波化学镀Ni-Co合金,制成了具有核/壳/腔结构的吸波材料,以进一步提高陶瓷微珠的吸波性能;采用SEM、EDS和XRD法分析了其形貌及结构,并应用Aglient网络矢量仪和85055APC-7mm同轴空气线测试了其吸波性能。结果显示,空心陶瓷微珠具有中空的球形结构,主要物相Ba Zn Ti Fe10O19为一种M型钡铁氧体,表面化学镀Ni-Co合金层后吸波性能得到了提高,在2~18 GHz范围内,厚度为2.71 mm,吸波最低反射率达到了-21.38 d B,反射率小于-10 d B的带宽为3.51 GHz,带宽增宽。     

粉煤灰空心微珠的Co-Ni-P化学镀及镀层的吸波性能

为了实现吸波材料的薄型化及轻量化,采用化学镀工艺对粉煤灰空心微珠(5μm级)进行表面电磁改性,制备出"核-壳"结构新型轻质复合粉体吸波材料,探讨了Co-Ni-P化学镀工艺参数对吸波性能的影响.借助SEM,EDS和微波矢量网络分析仪研究了施镀工艺参数对镀层形貌、成分与吸波性能的影响.结果表明,空心微珠表面镀层由粒径0.5...