本文采用浸涂法和超聲浸泡法制備了聚多巴胺(PDA)和石墨烯(GR)的聚氨酯(PU) 拉脹泡沫復(fù)合材料(PU/PDA/GR)，然后采用三軸壓縮加熱法。泊松比為−2.36時(shí)，具有開孔PU泡沫結(jié)構(gòu)的PU/PDA/GR拉脹泡沫復(fù)合材料的電磁干擾(EMI)屏蔽效率(SE)值為59.75 dB，是相同GR含量的正泊松比泡沫復(fù)合材料的8.9倍。此外，首次研究了不同重入結(jié)構(gòu)形式和拉脹泡沫材料的EMI屏蔽性能之間的關(guān)系，并用負(fù)泊松比絕對(duì)值定量描述了所制備的拉脹泡沫材料重入結(jié)構(gòu)的差異。負(fù)泊松比絕對(duì)值越大，泡沫復(fù)合材料的EMI屏蔽性能越好。高吸收電磁干擾(EMI)屏蔽效率(SE)和重入結(jié)構(gòu)的存在是拉脹泡沫復(fù)合材料高EMI屏蔽性能的關(guān)鍵因素。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，通過簡(jiǎn)單的加熱處理，拉脹泡沫的EMI SE可以被調(diào)節(jié)，這表明拉脹泡沫復(fù)合材料在未來可能作為一種調(diào)溫的EMI屏蔽材料。
圖1. 拉脹泡沫復(fù)合材料制備的實(shí)驗(yàn)流程圖。
圖2. (a)PU1泡沫的SEM圖像;(b)PU2泡沫的SEM圖像;(c) PU1、PU2泡沫的泊松比與工程應(yīng)變的關(guān)系;(d) PU1/PDA泡沫復(fù)合材料的SEM圖像。
圖3. 不同GR含量(a) 10.8% wt%;(b) 15.9 wt %;(c) 27.1 wt %;(d) 36.9 wt %的PU1/PDA/GR泡沫復(fù)合材料的SEM圖像。
圖4. (a)不同GR含量的PU1/PDA/GR泡沫復(fù)合材料的電磁干擾屏蔽效能(EMI SE)曲線(F1-10.8為GR含量為10.8 wt%的PU1/PDA/GR泡沫復(fù)合材料);(b) PU1泡沫、PU2泡沫和PU1/PDA泡沫復(fù)合材料的EMI SE曲線;(c)不同GR含量的F1-X-5泡沫復(fù)合材料 (壓縮系數(shù)為5的PU1/ PDA/GR泡沫復(fù)合材料)的EMI SE曲線;(d)不同GR含量下，壓縮因子為0和5的F1泡沫復(fù)合材料在26 GHz時(shí)的EMI SE對(duì)比曲線。
圖5. 不同GR含量(wt%)的拉脹泡沫復(fù)合材料的SEM圖像(F1-X-5，其中X為泡沫復(fù)合材料中GR的含量):(a)10.8;(b)15.9;(c)27.1; (d)36.9。
圖6. (a) F1-36.9-5泡沫復(fù)合材料的SEM圖像;(b) F2-36.9-5泡沫復(fù)合材料的SEM圖像;(c) F1-36.9-5和F2-36.9-5泡沫復(fù)合材料的EMI SE對(duì)比曲線。
圖7. 不同壓縮系數(shù)(Y)時(shí)的F1-36.9-Y泡沫復(fù)合材料的SEM圖像:(a)3; (b)5;(c)7。
圖8. (a)不同壓縮系數(shù)的F1-36.9-Y泡沫復(fù)合材料的泊松比與工程應(yīng)變關(guān)系;(b) 不同壓縮系數(shù)的F1-36.9-Y泡沫復(fù)合材料的EMI SE對(duì)比曲線;(c) PU1/PDA/GR泡沫復(fù)合材料的EMI SE與泊松比的關(guān)系;(d)不同壓縮系數(shù)的F1-36.9-Y泡沫復(fù)合材料的比EMI SE (EMI SSE)對(duì)比曲線;(e)不同壓縮系數(shù)的F1-36.9-Y泡沫復(fù)合材料在26 GHz時(shí)的EMI SE和EMI SSE對(duì)比曲線;(f)不同壓縮系數(shù)的F1-36.9-Y泡沫復(fù)合材料的SER和SEA曲線。
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圖9. (a)傳輸線理論方法中的EMI屏蔽機(jī)理示意圖;(b) F1-36.9-3泡沫復(fù)合材料的2D理想單元排列圖;(c) F1-36.9-5泡沫復(fù)合材料的2D理想單元排列圖;(d) F1-36.9-7泡沫復(fù)合材料的2D理想單元排列圖。
圖10. 拉脹泡沫復(fù)合材料的EMI屏蔽機(jī)理示意圖。
圖11. F1-36.9-7泡沫復(fù)合材料在不同溫度下加熱1小時(shí)的SEM圖像(a)40℃; (b)60℃; (c)80℃;(d) F1-36.9-7泡沫復(fù)合材料在不同溫度下加熱1 h泊松比與工程應(yīng)變的關(guān)系;(e) F1-36.9-7泡沫復(fù)合材料在不同溫度下加熱1 h的EMI SE對(duì)比曲線。
相關(guān)研究成果由中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)Donglei Fan等人于2021年發(fā)表在Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131635)上。原文：Polyurethane/polydopamine/graphene auxetic composite foam with high-efficient and tunable electromagnetic interference shielding performance。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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