深圳先進院開發出梯度結構低反射的高效電磁屏蔽泡沫材料
隨著電子設備高頻高速化發展，電磁干擾（EMI）問題日益嚴重。在電子設備和電磁波源之間用電磁屏蔽材料阻隔是解決EMI問題的簡單有效方法。電子設備閉合處是發生電磁波泄露的重要場所，一般采用加塞導電膠條、導電泡棉（泡沫）等方式進行電磁屏蔽。同時，為了維持穩定的電磁屏蔽效果，這些屏蔽材料還須擁有良好的循環壓縮穩定性。目前，這些電磁屏蔽材料主要通過提高本體電導率的方法使自身獲得優異的電磁屏蔽性能，但由于增加了材料表面和空氣之間的阻抗不匹配度，屏蔽材料對電磁波發生大量反射，易造成電磁波二次污染。
近日，中國科學院深圳先進技術研究院、深圳先進電子材料國際創新研究院孫蓉團隊在Chemical Engineering Journal期刊上以Electrically conductive gradient structure design of thermoplastic polyurethane composite foams for efficient electromagnetic interference shielding and ultra-low microwave reflectivity為題發表了研究成果（DOI:10.1016/j.cej.2021.130365），開發出具有低反射損耗特征的高效電磁屏蔽復合泡沫。論文第一作者是雷作敏博士后，胡友根副研究員和朱朋莉研究員為共同通訊作者。
研究人員分別以三維分形銀枝晶（silver fractal dendrites，AgFDs）和碳納米管（carbon nanotubes，CNTs）為高導電、低導電填料，熱塑性聚氨酯（thermoplastic polyurethane，TPU）為聚合物基體，利用AgFDs的空間網絡結構特征與可滲透性，采用逐層澆注冷凍工藝及冷凍干燥技術制備出低反射、高屏蔽效能的AgFD/CNT/TPU復合泡沫。該工作利用電磁波在電磁屏蔽材料表面及內部的反射-吸收原理，合理構建導電梯度結構，大幅降低電磁波在復合泡沫表面的反射并將絕大部分射入泡沫的電磁波通過內部多重反射和吸收轉化為熱能。通過設計獨特的“低反射-吸收-高反射-再吸收”的電磁波衰減路徑，在AgFDs填充率0.103 vol%、厚度3.4 mm的條件下，電磁屏蔽效能SE高達88.5 dB，而代表反射部分的SER值僅為0.29 dB。此外，由于在制備復合泡沫過程中采用定向冷凍工藝，復合泡沫的骨架具有較高的取向性，在宏觀上表現出良好的循環壓縮穩定性。
該研究得到了國家自然科學基金、中國博士后基金、深圳基礎研究計劃等的資助。
圖1 (a) AgFD/CNT/TPU復合泡沫的SEM截面圖；(b) AgFD/CNT/TPU復合泡沫的底部及AgFDs的SEM圖；(c) AgFD/CNT/TPU復合泡沫的結構與電磁屏蔽機理示意圖；(d) AgFD/CNT/TPU復合泡沫與其他電磁屏蔽材料的屏蔽性能對比圖。
