隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子元件呈現(xiàn)高度堆疊的趨勢(shì)，雖然為微型電子設(shè)備提供了密集計(jì)算和通信功能的可能性，但同時(shí)也增加了對(duì)電磁輻射的敏感性，導(dǎo)致信號(hào)串?dāng)_，限制了設(shè)備的性能。聚合物基電磁屏蔽材料(PEMSM)以聚合物作為基體，通過(guò)添加碳材料、金屬、無(wú)機(jī)非金屬材料等功能填料，既有聚合物重量輕、可加工性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，又賦予了其可調(diào)的導(dǎo)電性或/和導(dǎo)磁性，在電磁屏蔽材料領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。而為了更好地發(fā)揮聚合物基電磁屏蔽材料的電磁屏蔽效應(yīng)，填料作為提供電磁屏蔽效益的關(guān)鍵組分，其改性也成為了關(guān)注的熱點(diǎn)。

為什么要對(duì)聚合物基磁屏蔽材料的填料進(jìn)行改性？

電磁屏蔽材料的原理是通過(guò)將電磁波轉(zhuǎn)換為熱能或其它形式的能量實(shí)現(xiàn)對(duì)入射電磁波的有效吸收，基于傳輸線理論的S.A.Schelkunoff提出的電磁屏蔽理論,電磁損耗通常為電磁波的表面反射損耗（SER）、屏蔽材料內(nèi)部的吸收損耗、屏蔽材料的多重反射損耗（SEM）的總和，其中吸收損耗除了受入射電磁波的影響，還與屏蔽材料的厚度、頻率、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率等有關(guān)，高導(dǎo)電性材料可以通過(guò)與電場(chǎng)的相互作用來(lái)吸收電磁波，而高磁導(dǎo)率材料對(duì)電磁波的衰減主要來(lái)自共振和磁滯損耗，因此可通過(guò)在填料表面包覆或接枝化學(xué)組成不同的覆蓋層，提高復(fù)合材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率來(lái)提升材料的電磁屏蔽效果。除此之外，復(fù)合材料的電磁屏蔽效益還受到材料間界面相容性的影響，通過(guò)對(duì)填料表面進(jìn)行合理的表面處理，可改善兩者間的界面相容性，促進(jìn)填料的分散，增強(qiáng)了界面黏結(jié)，提高材料的綜合性能。

電磁屏蔽原理（來(lái)源：參考文獻(xiàn)2）

如何對(duì)填料改性？

目前，針對(duì)聚合物基電磁屏蔽材料中功能填料的表面修飾方法包括化學(xué)鍍、表面炭化、表面包覆聚合物、表面生長(zhǎng)金屬有機(jī)骨架（MOF）、表面枝接等方式。

1、化學(xué)鍍

化學(xué)鍍是指將填料粗化、敏化或活化處理后，置于含有某種金屬離子的溶液中，然后通過(guò)向體系內(nèi)加入還原劑，使金屬離子在填料表面均勻沉積形成致密的金屬鍍層，從而使填料獲得導(dǎo)電或?qū)Т判曰蜻M(jìn)一步提高其導(dǎo)電性的方法。通常為了獲得較好的電磁屏蔽性能，可在填料表面鍍上銀、銅以及鐵磁性顆粒等。

（1）鍍銀：金屬銀的電導(dǎo)率高達(dá)6.30×10⁷S/m，鍍銀能夠賦予復(fù)合材料優(yōu)異導(dǎo)電性能，增強(qiáng)材料對(duì)電磁波的電導(dǎo)損耗和介電損耗能力，通常鍍銀時(shí)，常以硝酸銀溶液為銀離子來(lái)源。

填料表面鍍銀（來(lái)源；參考文獻(xiàn)3）

鍍銅：銅的電導(dǎo)率雖不及銀，為5.8×10⁷S/m，但有著原料價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，且銅鍍層致密，依舊能為PEMSM帶來(lái)很好的電磁屏蔽效應(yīng)，是填料表面金屬化常用的元素之一，常采用五水合硫酸銅是常用的銅離子來(lái)源。

（2）鍍磁性金屬：電磁損耗效益除了與填料的電導(dǎo)率有關(guān)，也與磁導(dǎo)率有關(guān)。雖然鍍銀和鍍銅能提升復(fù)合材料的導(dǎo)電能力，能夠在電導(dǎo)損耗、介電損耗方面有所貢獻(xiàn)，但單一的電阻型損耗機(jī)制不足以大幅提升材料的的電磁屏蔽效能(SE)。在填料表面施鍍磁性金屬，不僅可以如施鍍其他金屬一樣提升其導(dǎo)電性，而且還能夠賦予復(fù)合材料的磁性，從而產(chǎn)生磁損耗，豐富電磁波的能量損耗形式。

化學(xué)鍍的優(yōu)點(diǎn)是不需要電源、離子利用率高，鍍層均勻、且孔隙率低，但離子沉積速度慢、對(duì)能源的消耗和廢液污染環(huán)境問(wèn)題是仍有待改進(jìn)的方面。

2、表面炭化

石墨是一種由碳原子通過(guò)共價(jià)鍵形成的層狀結(jié)構(gòu)，每層之間可以自由移動(dòng)的電子，使得石墨具有良好的導(dǎo)電性。因此在填料表面包覆一層致密的石墨層，可以提高復(fù)合材料的導(dǎo)電能力，從而有效提升材料的電磁屏蔽能力。該方法以在非金屬填料表面進(jìn)行修飾最為常見(jiàn)，目前主要有化學(xué)氣相沉積、包覆聚合物后煅燒炭化等方式實(shí)現(xiàn)。

（1）化學(xué)氣相沉積

化學(xué)氣相沉積通常是將乙炔氣體注入真空反應(yīng)腔內(nèi)，并加熱到一定溫度溫度，使得前驅(qū)體氣體在氣固界面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而生成固體沉積層。利用該技術(shù)，涂層與基材結(jié)合持久，在高應(yīng)力環(huán)境下仍然保持穩(wěn)定，但對(duì)設(shè)備要求較高。

（2）包覆聚合物后煅燒炭化：作為碳水化合物，聚合物具有充足的碳源。在填料表面先包覆一層聚合物，再通過(guò)高溫煅燒，使聚合物熱解以得到均勻的表面炭化層。相比化學(xué)氣相沉積法，該方法簡(jiǎn)便易行，填料表面的石墨化炭層分布均勻，對(duì)電磁波的損耗有顯著效果，但這一過(guò)程需消耗大量能量。

3、表面包覆聚合物

原位聚合生成聚合物殼層是將填料分散至含有單體的溶液中，再加入引發(fā)劑使其發(fā)生聚合反應(yīng)，最終在填料表面形成聚合物包覆層，具有無(wú)需進(jìn)行熱加工，可避免熱降解的發(fā)生，同時(shí)不會(huì)破壞填料的優(yōu)勢(shì)。通常包覆的材料有聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）等導(dǎo)電聚合物和聚多巴胺。

（1）包覆導(dǎo)電聚合物：該方式既可通過(guò)降低填料與基體間的界面能，提升兩者結(jié)合強(qiáng)度，也可以發(fā)揮導(dǎo)電高分子自身的電導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，提升電磁屏蔽材料性能。

原位聚合PPy@石墨烯納米復(fù)合材料的微波屏蔽機(jī)理示意圖

（2）包覆聚多巴胺：聚多巴胺的包覆可利用多巴胺在潮濕有氧的堿性環(huán)境下會(huì)發(fā)生自聚合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。聚多巴胺可以利用結(jié)構(gòu)中的酚羥基和氨基基團(tuán)還可以發(fā)生二次反應(yīng)，吸附金屬粒子，并成為催化活性中心，隨后加入強(qiáng)還原劑后可繼續(xù)促進(jìn)金屬離子還原并形成金屬殼層。

α-Fe₂O₃表面自聚生成PDA（來(lái)源：參考文獻(xiàn)3）

4、表面生長(zhǎng)金屬有機(jī)骨架

金屬有機(jī)骨架（MOF）是通過(guò)化學(xué)配位合成的一類晶體聚合物，綜合了高孔隙率、高比表面積等特點(diǎn)。利用原位合成法可以在填料表面生長(zhǎng)MOF，最終通過(guò)高溫使MOF分解生成多孔碳和金屬及金屬氧化物顆粒。由于MOF具有多孔拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可有效增強(qiáng)多重反射損耗及磁損耗，獲得衰減電磁波的能力，除此之外，金屬本身具有的導(dǎo)電性能也可以增強(qiáng)材料對(duì)電磁波的電導(dǎo)損耗和介電損耗能力，呈現(xiàn)出很好的電磁屏蔽/吸波效果。

不過(guò)該方法也存在高溫炭化熱解過(guò)程需消耗大量能量的劣勢(shì)，且由于制備過(guò)程復(fù)雜、成本高等因素，使其目前仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

5、表面枝接

表面枝接是一種常見(jiàn)的表面改性技術(shù)，是指通過(guò)液相單體在固態(tài)填料表面進(jìn)行的非均相接技反應(yīng)，在粉體表面引入功能性分子或活性基團(tuán)的過(guò)程。這些功能性分子或活性基團(tuán)可以改變粉體表面的化學(xué)性質(zhì)，從而改善粉體的分散性、相容性，增強(qiáng)界面黏結(jié)，提升聚合物基電磁屏蔽材料的綜合性能。

表面接枝改性的優(yōu)勢(shì)在于其僅改變了填料表面的化學(xué)性質(zhì)，卻未改變其本質(zhì)性質(zhì)，為填料的多功能化提供了更多的可能性，但在改性時(shí)，需要根據(jù)功能和填料本身性質(zhì)，選擇合適的枝接方法和功能性基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉體表面的精準(zhǔn)改性。

參考文獻(xiàn)：

1、王慶宇,溫變英.功能填料表面修飾對(duì)聚合物基復(fù)合材料電磁屏蔽性能影響研究進(jìn)展[J].高分子材料科學(xué)與工程.

2、占曉,譚妍妍,杜婧羽,等.改性碳系填料填充聚合物基電磁屏蔽復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].高分子材料科學(xué)與工程.

3、李倩.磁性納米粒子的多巴胺仿生修飾及金屬化的研究[D].北京:北京化工大學(xué).

粉體圈整理