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  隨著5G移動通訊等先進通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，尋求輕質(zhì)、高效、性能穩(wěn)定的新型電磁屏蔽材料已成為下一代高功率電子設(shè)備獲得安全可靠電磁防護最為緊迫的需求。理想的電磁屏蔽材料應(yīng)當能夠在提供高效電磁防護的同時有效應(yīng)對燒蝕、磨損以及溶劑侵襲等復(fù)雜工作環(huán)境。而當前普遍以易于熔融或溶解的通用聚合物為基體制備得到的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料（CPCs）通常表現(xiàn)出較低的機械強度和熱穩(wěn)定性、較差的耐腐蝕能力和極低的耐火安全性，將其作為電磁屏蔽材料使用仍難以在嚴苛工作環(huán)境下為設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的電磁防護。開發(fā)一種在高性能工程樹脂基體中構(gòu)建3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來制備多功能CPC屏蔽材料的新方法仍然面臨極大挑戰(zhàn)。

圖1 Ag/PPS復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及多功能特性示意圖

  近日，中北大學(xué)段宏基、楊雅琦課題組基于銀-硫配位反應(yīng)誘導(dǎo)原位界面增強策略在特種工程塑料聚苯硫醚（PPS）基體中構(gòu)筑高效三維銀導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了高性能樹脂基電磁屏蔽復(fù)合材料的功能化集成。通過納米銀顆粒包覆PPS粒子核-殼結(jié)構(gòu)前驅(qū)粒子設(shè)計及熱壓成型手段，利用PPS主鏈硫原子與銀層中銀離子的銀-硫（Ag-S）配位反應(yīng)原位誘導(dǎo)了PPS基體與三維銀網(wǎng)絡(luò)間極強的界面作用，成功獲得了兼具優(yōu)異電磁屏蔽性能、良好導(dǎo)熱、阻燃及耐磨等特性的Ag/PPS多功能復(fù)合材料（圖1）。銀在極低含量下（1.48 vol％）即可形成完善的3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率超過88000 S/m，X波段平均屏蔽效能接近90 dB，熱導(dǎo)率可達1.15 W/m·K，有望滿足集成化高散熱大型電子器件對電磁屏蔽防護材料的使用要求（圖2）。

圖2 不同Ag含量下Ag/PPS復(fù)合材料的電導(dǎo)率(a), 電磁屏蔽效能(b), SEA, SER和SET值(c), 以及加熱和冷卻時的紅外熱成像圖片。

  Ag/PPS良好的界面結(jié)合有效保護了復(fù)合材料中的三維銀網(wǎng)絡(luò)，在強酸、強堿及各種常用有機溶劑中浸泡10小時后復(fù)合材料電導(dǎo)率和屏蔽性能幾乎不變，表現(xiàn)出優(yōu)異的屏蔽穩(wěn)定性和耐溶劑性；對材料進行火焰燒蝕后其外觀和尺寸基本不變，屏蔽效能仍能保持在73.7 dB，具有出色的阻燃性能和耐火焰侵蝕屏蔽穩(wěn)定性。Ag的引入同時賦予了復(fù)合材料優(yōu)異的減磨耐磨特性和抗菌性能（圖3）。該工作提供了在高性能樹脂基體中實現(xiàn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與控制的簡單易行的方法，為高性能電磁屏蔽復(fù)合材料的功能化設(shè)計與集成提供了新策略。

圖3 (a) Ag/PPS復(fù)合材料耐溶劑實驗前后的電磁屏蔽效能，(b)復(fù)合材料的耐火焰燒蝕屏蔽穩(wěn)定性, (c) 復(fù)合材料抗菌實驗光學(xué)照片。

  該研究成果近日以“Multifunctional and corrosion resistant poly(phenylene sulfide)/Ag composites for electromagnetic interference shielding”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》雜志上。論文第一作者為中北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生任威，共同通訊作者為中北大學(xué)段宏基副教授和楊雅琦副教授。研究工作得到四川大學(xué)楊杰教授、李忠明教授、鄢定祥研究員的大力支持和幫助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129052