深圳先進院開發出嵌入式表面金屬化電磁屏蔽復合泡沫材料
隨著電子器件與通訊設備不斷朝著輕薄化、高頻化方向快速發展，產生了愈發嚴重的電磁干擾（electromagnetic interference，EMI）問題，迫切需要高性能電磁屏蔽材料來解決這一問題。通常，電磁屏蔽材料主要通過提高電導率來實現對電磁波的高效屏蔽。然而，高導電性的金屬由于高密度、高成本和難加工等問題限制了它們在現代便攜式和小型化電子產品中的應用。鑒于此，聚合物材料的表面金屬化為解決上述問題提供了一個替代方案。盡管表面金屬化在導電性和涂層均勻性方面已取得了很大進展，但受限于金屬顆粒與聚合物基體的弱結合，金屬化聚合物材料的耐用性仍是一個挑戰。
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期刊以In-situ metallized carbon nanotubes/poly(styrene-butadiene-styrene) (CNTs/SBS) foam for electromagnetic interference shielding為題發表了研究成果（DOI:10.1016/j.cej.2021.130482），開發出強界面結合的嵌入式表面原位金屬化高效電磁屏蔽復合泡沫材料。田錠坤助理工程師為論文第一作者，胡友根副研究員和孫蓉研究員為共同通訊作者。
研究人員以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（poly(styrene-block-butadiene-block-styrene)，SBS）為聚合物基體，碳納米管（carbon nanotubes，CNTs）為導電填料，首先采用冷凍干燥技術制備出CNTs/SBS復合泡沫，再利用三氟乙酸離子與乙醇羥基的離子偶極作用，實現銀鹽前驅體在SBS基體淺表層的吸附和原位還原，進而制得表面金屬化的Ag/CNTs/SBS復合泡沫。該工作利用超高長徑比CNTs與嵌入聚合物基體淺表層銀納米顆粒（Ag）的協同作用，構筑有效的三維導電網絡，實現了對電磁波的高效屏蔽。在厚度為4 mm時，復合泡沫在X波段（8.2-12.5 GHz）的電磁屏蔽效能高達91 dB，即可屏蔽約99.9999999%的電磁波。此外，得益于Ag在SBS基體淺表層的獨特嵌入結構與強界面結合，Ag/CNTs/SBS復合泡沫表現出良好的機械-電穩定性，經歷1000次循環壓縮后，其電阻僅增加約6%。該研究得到了國家自然科學基金、深圳基礎研究計劃等的資助。
圖1 (a) Ag/CNTs/SBS復合泡沫的實物圖；(b) Ag/CNTs/SBS復合泡沫中Ag在聚合物基體淺表層嵌入的SEM圖；(c) 傳統表面金屬化與本研究表面金屬化的效果對比示意圖；(d) Ag/CNTs/SBS復合泡沫在應變為50%下的循環機械-電性能；(e) Ag/CNTs/SBS復合泡沫壓縮前后的微觀結構示意圖及其電磁屏蔽機理示意圖
