鑽石舞台

隨着萬物互聯時代的到來，柔性傳感器和健康監測系統等物聯網電子產品朝着輕質、可穿戴和人體友好等方向發展。由此造成的電磁波污染可能會干擾其他設備，並且對人體健康產生影響。因此，電磁波屏蔽材料具有廣闊的應用前景和價值。為了減少電磁波屏蔽材料的反射損耗，我們提出了微/宏觀結合策略，通過在聚酯纖維骨架上構造宏觀空洞，及在雜化碳納米填料之間構築微觀互聯網絡，有效提高電磁波吸收效率，實現了以電磁波吸收為主的環氧樹脂基電磁屏蔽複合材料的高效製備。

Highly Flexible Fabrics/Epoxy Composites with Hybrid Carbon Nanofillers for Absorption-Dominated Electromagnetic Interference Shielding

Jong-Hoon Lee, Yoon-Sub Kim, Hea-Jin Ru, Seul-Yi Lee*, Soo-Jin Park*

Nano-Micro Letters (2022)14: 188

https://doi.org/10.1007/s40820-022-00926-1

1. 製備了高柔性雜化碳納米填料負載聚酯纖維/環氧樹脂吸收型電磁屏蔽複合材料。

2. 雜化碳納米填料負載聚酯纖維/環氧樹脂複合材料在1000次彎折循環後的電導率幾乎沒有變化，且斷裂韌性保持在約38.5 MPa/m1/2。

3. 雜化碳納米填料負載聚酯纖維/環氧樹脂複合材料在X波段的電磁屏蔽效能約為66.8 dB/mm，吸收效率超過0.7，主要得益於聚酯纖維骨架的宏觀空洞及雜化碳納米填料的微觀互聯網絡。

SEM照片(圖1a-c)可以看出，SWCNT/rGO吸附在PF表面，且隨着雜化碳納米填料中SWCNT用量的增加，SWCNT出現明顯團聚現象。FT-IR譜圖中波數在1238 cm⁻¹和1093 cm⁻¹的特徵峰分別對應於C-H鍵和C-O鍵的伸縮振動，表明在製備SWCNT/rGO雜化碳納米材料的過程中形成了sp³雜化缺陷。拉曼光譜中D峰和G峰的比值(ID/IG)也即是碳材料中sp³雜化和sp²雜化數量之比，用於表徵材料的缺陷程度。S-2/G/PF更高的ID/IG數值主要歸因於SWCNT用量的增多，引入更多的缺陷。XRD譜圖也證實了SWCNT/rGO製備過程中的晶型結構變化。

圖1. (a-c) G/PF、S-2/G/PF、S-4/G/PF纖維的SEM照片(比例尺：10 μm)；(d) 傅里葉變換紅外光譜；(e) 拉曼光譜；(f) XRD譜圖。

II 雜化碳納米填料負載聚酯纖維/環氧樹脂複合材料的界面性能

PF/Ep複合材料的表面能、粘附功、平面應變斷裂韌度和應變能釋放率均隨雜化碳納米填料中SWCNT用量的增加先提高後降低，當SWCNT質量分數為2%時最大，主要歸因於SWCNT和rGO交織構成的三維分層結構促進界面相互作用。

圖2. (a) 表面能；(b) 粘附功；(c) 平面應變斷裂韌度；(d) 應變能釋放率。

III 雜化碳納米填料負載聚酯纖維/環氧樹脂複合材料的電性能

圖3. (a) 電導率；(b) 循環彎折電導率。

IV 雜化碳納米填料負載聚酯纖維/環氧樹脂複合材料的電磁屏蔽性能

PF/Ep複合材料的電磁屏蔽性能隨雜化碳納米填料中SWCNT用量的增加先提高後降低，當SWCNT質量分數為2%時最大，為40.1 dB。此時吸收和反射效能分別為38.9 dB和1.2 dB，吸收係數約為0.7，表明PF/Ep複合材料的電磁屏蔽是以吸收為主。

圖4. (a) 電磁屏蔽效能；(b) 8.2 GHz下的反射效能和吸收效能；(c) 8.2 GHz下的電磁屏蔽係數；(d) 電磁屏蔽效能對比。

V 雜化碳納米填料負載聚酯纖維/環氧樹脂複合材料的電磁屏蔽機理

入射電磁波被材料吸收和反射，進而實現電磁波屏蔽的目的。SWCNT/rGO的高電導率有利於電磁波屏蔽性能的提升。此外，SWCNT/rGO網絡的多級結構有利於電磁波的多重反射，提供更多的界面提高界面性能。而且，PF骨架的孔結構也能促進入射電磁波的損耗。