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高导电碳系填充聚乙烯复合材料的研究进展郑桂成;赵文元【摘要】系统介绍了碳系分散体(碳黑、石墨、碳纤维、碳纳米管等)作为填料填充聚乙烯形成聚乙烯基导电复合材料的研究进展.并根据国内外高导电碳系填充聚乙烯复合材料研究成果的对比分析,对其今后发展提出建议.%The latest research developments in polymer - based conductive composites filled with carbon series dispersion as a conductive filler agent are reviewed. Modification of polymer basal body and carbon series conductive filler by blending is the main direction of current research. Based on comparison and analysis of the recent research results, suggestions of development and application in this area were put forward.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2011(000)012【总页数】4页(P40-42,51)【关键词】碳系填充;聚乙烯;导电复合材料【作者】郑桂成;赵文元【作者单位】中国海洋大学材料科学与工程研究院,山东青岛266100;中国海洋大学材料科学与工程研究院,山东青岛266100【正文语种】中文【中图分类】TQ327.8Abstract:The latest research developments in polymer-based conductive composites filled with carbon series dispersion as a conductive filler agent are reviewed．Modification of polymer basal body and carbon series conductive filler by blending is themain direction of current research．Based on comparison and analysis of the recent research results,suggestions of developmentand application in this areawere put forward．Key words:filling carbon；polyethylene；conductive compositematerials 复合导电高分子材料是聚合物基材料与导电填料通过层压复合、分散复合等方法构成的一类功能高分子材料。
山东化工收稿日期：2018－12－19基金项目：2018年山东省本科教改项目(加强科教融合，发挥学科优势，探索地方高校拔尖创新型人才培养新模式Z2018S006);中国轻工业联合会教育工作分会2018年度课题(新工科背景下以科研项目为支撑的拔尖创新型人才培养模式研究QGJY2018041);2016年临沂大学教改项目(以社会需求为导向的材料科学与工程专业创新人才培养模式改革研究);2017年临沂大学教育信息化研究课程(高分子化学实验);2017年临沂大学学生学习评价改革课程(高分子物理实验);国家大学生创新创业训练项目(编号:201810452066);2018年山东省大学生科学研究项目(水性聚氨酯耐高温涂料的制备及性能研究18SSＲ058)作者简介：马德硕(1997—)，临沂大学在校本科生;通信作者:马登学(1976—)，山东临沂人，博士，副教授，主要从事高分子材料的合成与应用。
碳系复合导电高分子材料研究进展*马德硕1，黄传峰1，代月1，刘青青1，夏其英2，刘增欣1，梁士明1，马登学1(1．临沂大学材料科学与工程学院，山东临沂276005;2．临沂大学化学化工学院，山东临沂276005)摘要：随着科学技术和工业生产的发展，人们对导电高分子材料的需求量越来越高，其中应用最广泛的就是碳系复合导电高分子材料。
本文首先对导电高分子材料的制备方法和主要分类做了简单介绍，然后对碳系复合导电高分子中的炭黑填充型、石墨填充型、碳纳米管填充型三类的研究进展进行了阐述，最后对导电高分子材料未来的发展进行了展望。
关键词：碳系;导电;高分子材料中图分类号：TQ316文献标识码：A 文章编号：1008－021X (2019)06－0050－02Ｒesearch Progress of Carbon Composite Conductive Polymer Materials *Ma Deshuo 1，Dai Yue 1，Huang Chuanfeng 1，Liu Qingqing 1，Xia Qiying 2，Liu Zengxin 1，Liang Shiming 1，Ma Dengxue 1(1．School of Materials Science and Engineering ，Linyi University ，Linyi 276005，China ;2．School of Chemistry and Chemical Engineering ，Linyi University ，Linyi 276005，China )Abstract :With the continuous develop of science and industrial production ，there is an increasing demand for conductive polymermaterials ，the most widely used is the carbonic conductive composite polymer composites．The preparation methods and main classification of conductive macromolecular materials are introduced briefly ，then ，the research progress of three main carbonic conductive polymer composites filled respectively with carbon black ，graphite as well as carbon nanotubes is elaborated ，finally ，the future development of conductive polymer materials is prospected．Key words :carbonic ;conductive ;polymers1导电高分子概述20世纪70年代人们发现了导电高分子材料，证实了并不是所有的聚合物都是绝缘体的说法，并由此开启了导电高分子材料的大门。
双逾渗结构碳系填充导电高分子复合材料的研究进展王英【摘要】综述了导电高分子复合材料(CPCs)导电性能的逾渗理论和双逾渗机理,阐述了以碳材料为导电填料的具有双逾渗结构的CPCs的研究进展,其填料主要包括炭黑、碳纳米管;展望了双逾渗结构CPCs的研究前景.%This paper introduced the mechanisms of percolation and dual-percolation thresholds for conductive carbon-based polymeric composites and reviewed the research progresses in the conductive polymeric composites with a dual-percolation threshold,in which carbon materials mainly including carbon black and carbon nanotubes were used as conductive fillers.The development trend of conductive polymeric composites with dual-percolation threshold was prospected.【期刊名称】《中国塑料》【年(卷),期】2017(031)008【总页数】6页(P18-23)【关键词】炭黑;碳纳米管;双逾渗结构;逾渗阈值;导电性;复合材料【作者】王英【作者单位】山西省化工研究所(有限公司),山西太原030001【正文语种】中文【中图分类】TQ327.8探索和发展CPCs制备的新方法，以保证在具有良好导电功能的情况下，降低导电逾渗阈值、获得良好力学性能、加工性能和电性能且电性能不受成型加工外场影响或影响极小的CPCs理论和应用已成为研究重点和热点[1]。
电磁屏蔽和吸波材料1、引言随着现代电子工业的快速发展,各种无线通信系统和高频电子器件数量的急剧增加,导致了电磁干扰现象的增多和电磁污染问题的日渐突出。
电磁波辐射已成为继噪声污染、大气污染、水污染、固体废物污染之后的又一大公害。
电磁波辐射产生的电磁干扰（EMI）不仅会影响各种电子设备的正常运行，而且对身体健康也有危害。
目前,主要的抗电磁千扰技术包括:屏蔽技术、接地技术和滤波技术。
其中,屏蔽技术的主要方法是采用各种屏蔽材料对电磁辐射进行有效阻隔与损耗。
吸波功能材料的研究是军事隐身技术领域中的前沿课题之一，其目的是最大限度地减少或消除雷达、红外等对目标的探测。
世界上多个国家相继展开了对战机、巡航导弹、舰艇等军事用吸波材料的研究。
由于电磁屏蔽材料和吸波材料在社会生活和国防建设中的重要作用，因而其研究开发成为人们日益关注的重要课题。
2、电磁屏蔽和吸波材料的基本原理材料对电磁波屏蔽和吸收的程度用屏蔽效能（SE）来表示，单位为分贝(dB)，一般来说，SE 越大，则衰减的程度越高。
2.1屏蔽体对电磁波的衰减机理屏蔽体对电磁波的衰减机理有3种: (l)空气·屏蔽体界面的阻抗不连续性,对入射电磁波产生反射衰减; (2)未被表面反射而进入屏蔽体内的电磁波被屏蔽材料吸收的衰减; (3)进入屏蔽体内未被吸收衰减的电磁波到达屏蔽体一空气界面时因阻抗不连续性被反射,并在屏蔽体内部发生多次反射衰减。
屏蔽效能可用下式表示：SE T = SE R+ SE A+ SE M(1)式中：SE R表示反射损失，SE A表示吸收损失，SE M表示多次反射损失。
2.2吸波材料的基本物理原理吸波材料的基本物理原理是，材料对入射电磁波实现有效吸收，将电磁波能量转换为热能或其它形式的能量而损耗掉。
该材料应具备两个特性即波阻抗匹配特性和衰减特性。
波阻抗匹配特性即创造特殊的边界条件是入射电磁波在材料介质表面的反射系数r 最小，从而尽可能的从表面进入介质内部。
碳系电磁屏蔽材料——膨胀石墨和碳黑的发展及其应用在当今这样一个科技文明飞速发展的时代，各式各样的电子设备层出不穷，给人们的生活带来极大的便利和快乐，但是，与此同时，随着电子产品的普及，其隐藏的危害也日益凸显，而电磁污染便是其中的典型代表。
电磁污染是指天然和人为的各种电磁波的干扰及有害的电磁辐射，其造成的危害是不容低估的。
在现代家庭中，电磁波在为人们造福的同时，也随着“电子烟雾”的作用，直接或间接地危害人体健康。
据美国权威的华盛顿技术评定处报告，家用电器和各种接线产生的电磁波对人体组织细胞有害。
例如长时间使用电热毯睡觉的女性，可使月经周期发生明显改变；孕妇若频繁使用电炉，可增加出生后小儿癌症的发病率。
近10年来，关于电磁波对人体损害的报告接连不断。
据美国科罗拉多州大学研究人员调查，电磁污染较严重的丹佛地区儿童死于白血病者是其它地区的两倍以上。
瑞典学者托梅尼奥在研究中发现，生活在电磁污染严重地区的儿童，患神经系统肿瘤的人数大量增加。
为了减少这一危害，各国的学者致力于研究各种电磁屏蔽材料来完成这一工作。
木质电磁屏蔽材料则是当今这一领域研究的热点之一，我们将探究如何利用碳系材料与木材结合到达预定的电磁屏蔽效果，目前碳系电磁屏蔽材料的研究集中于石墨，碳黑和碳纤维这三大类，我们拟定将膨胀石墨和碳黑作为我们可能将要选用的材料。
1、膨胀石墨石墨是碳的一种同素异形体，每个碳原子周边链接另外三个碳元素。
构成蜂窝状的六边形，以共价键结合的共价分子。
由于每个碳原子都会产生一个自由移动的电子，因此石墨属于导电体，其导电性强于普通碳元素。
对电磁波具有一定吸收作用。
因此将其作为电磁屏蔽材料有一定的可行性。
而膨胀石墨是一种较为新型的碳素材料，在19世纪60年代初，由Brodie将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热首次制得。
其原理是在一定条件下使酸、碱、卤素的原子或单个分子进入石墨的层间空隙，从而形成具有插层化合物的石墨，即所谓膨胀石墨。
特色研究报告：低维电磁功能材料研究进展摘要：电磁功能材料在军事隐身、信息对抗等国防军工以及电磁辐射防护、微波通信等民用技术领域有着广阔的应用前景。
特别是，低维电磁功能材料具有独特的电磁特性，在电磁波吸收与屏蔽、通信与成像、传感与检测等方面受到越来越多的关注。
总结了曹茂盛研究小组在低维电磁功能材料方面取得的重要研究进展，主要包括碳纳米管、石墨烯、碳化硅、氧化锌、过渡金属及其化合物、多铁材料等。
系统论述了低维材料的电磁响应，包括电荷输运、偶极极化、磁共振、磁涡流等。
重点总结了在电磁响应方面提出的重要的模型和公式，包括电子跳跃（EHP）模型、聚集诱导电荷输运（AICT）模型、类电容结构、等效电路模型以及等效串联电路方程和电导网络方程等。
揭示了低维材料电磁响应与电磁屏蔽和吸收之间的重要联系，即电磁能量转换机制，包括极化弛豫和电荷输运协同竞争机制以及界面散射、微电流、微天线辐射和介质弛豫的竞争协同作用等。
最后，深入剖析了该领域的发展进程，提出了该领域面临的重大挑战，并预测了未来的研究方向。
关键词：低维材料；电磁响应；能量转换；电磁特性；电磁屏蔽；微波吸收电磁功能材料支撑着电子科学和信息工程的发展，是信息、通讯、能源、医学、航空航天、军事等各个领域技术研发的重要基础。
例如，超长波（λ=104～105 m）导航系统可用于海上定位和通信；中短波（λ=1～103 m）手机收发器能让我们足不出户便知天下事；太赫兹、红外及X射线探测器和成像装置被广泛应用于医疗检测和军事装备领域。
随着科学技术的发展，高性能电磁功能材料研发将成为今后科学界新的研究热点之一，未来电磁功能材料和器件的创新将给人类带来更多意想不到的惊喜。
低维电磁功能材料的研发推动了全球高新技术领域的进步。
新的物理效应，新的电磁响应机制和电磁性能，新的低维材料以及多元化、微小型化和智能化的新型电磁器件，为电磁波吸收与屏蔽、探测与传感、成像、开关与滤波、光学与光电等领域的发展带来了无限的活力。
电磁屏蔽与吸波材料的研究进展摘要：阐述了研究电磁屏蔽材料和吸波材料的重要性,分析了电磁屏蔽与吸波材料的工作原理,综述了电磁屏蔽材料与吸波材料国外研究进展与应用。
关键词：电磁屏蔽材料、吸波材料1引言随着科学技术和电子工业的开展,各种电子设备应用的日益增多,电磁波辐射已经成为一种新的社会公害。
电磁波辐射造成的电磁干扰不仅会影响各种电子设备的正常运转,而且对身体安康也有危害。
特别是塑料制品对传统金属材料的替代，电磁屏蔽技术就显得尤为重要了。
据估计,全世界电子电气设备由于电磁干扰发生故障,每年造成的经济损失高达几亿美元。
科学研究证实,人长期处于电磁波辐射环境中将严重损害身心安康。
目前播送电视发射塔的强电磁波辐射，城市电工、医疗射频设备附近的电磁辐射污染,移动的电磁波辐射等已经引起人们的广泛关注。
因此,世界上一些兴旺国家先后制定了电磁辐射的标准和规定,如美国联邦通讯委员会制定了抗电磁干扰法规〔FCC法〕和"Tempest〞技术标准,其中"FCC〞规定大于1000HZ的电子装置要求屏蔽保护,并持EMI/ RFI合格证才允许投放市场；我国在八十年代相继制定了"环境电磁波卫生标准"和"电磁辐射防护规定"等相关法规；国际无线电抗干扰特别委员会〔CISPR〕也制定了抗电磁干扰的CISPR的国际标准,供各国参照执行。
另外,现代高科技战争中的新型电子对抗技术,其核心之一是释放宽频率和波长的强电磁波来破坏对方军事设施中电子装备的遥测、遥感和遥控等功能,使对方的军事设施处于失控状态，到达突袭的目的。
吸波材料在军事隐身技术中有着广泛的应用,特别是美国U-2高空侦察机、B-2隐形轰炸机以及F-117和F-22隐形战斗机的出现,更是代表了吸波材料实际应用中的巨大成就。
由于电磁屏蔽与吸波材料在社会生活和国防建立中的重要作用，因而电磁屏蔽与吸波材料的研究开发成为人们日益关注的重要课题。
聚合物基电磁屏蔽复合材料研究进展摘要：介绍了电磁屏蔽橡胶的屏蔽原理。
综述了金属填充橡胶、碳材料填充橡胶、金属/非金属复合填料填充橡胶、本征导电聚合物填充橡胶、碳材料/四氧化三铁复合填料填充橡胶、新型纳米导电填料填充橡胶六类电磁屏蔽复合材料的研究进展以及优缺点。
关键词：电磁屏蔽；橡胶；复合材料；填料引言随着电子设备和无线通讯的高速发展，电磁干扰以及电磁污染成为了影响电器元件正常工作和危害人类健康的一个不可忽视的问题。
为减少电磁干扰及电磁污染，电磁屏蔽材料得到快速发展，其中以金属及其合金屏蔽效果较好。
但金属材料成本高、质量重、柔韧性差、加工性能差、不耐腐蚀，使其应用受到了很多限制。
质轻、柔韧性好、加工性能好的电磁屏蔽橡胶复合材料受到了科研工作者们越来越多的关注。
电磁屏蔽橡胶的制备方法是向橡胶填充导电或导磁填料。
1.金属填充橡胶金属导电性能优异，常用来制备电磁屏蔽橡胶。
主要的金属填料有铜、银、镍等。
对比了不同金属填料对电磁屏蔽硅橡胶导电性能的影响。
研究表明，填充银粉制备的导电橡胶体积电阻率比填充镍粉的低2～3个数量级，并且随着金属填料用量增大，复合材料体积电阻率下降。
但实际应用中，单一金属填充橡胶制备的电磁屏蔽复合材料，会因自身易氧化、成本高等缺点不满足工作需求。
故常在一种金属表面镀上其它金属制得复合金属填料，这样的填料结合了两种金属优点，可制备应用范围更广的电磁屏蔽橡胶。
常用的复合金属填料有镀银镍粉、镀镍铜粉、镀银铝粉。
镀银镍粉兼具银优异的导电性和镍吸收电磁波的能力。
制备了镀银镍粉/硅橡胶复合材料，并发现其逾渗阈值为0.222%，当填料体积分数为0.44%时，复合材料在30～1200MHz频段内有着优异的电磁屏蔽性能。
铜导电性优良，但易被氧化。
镍抗氧化能力较好，铜粉表面镀镍，提高铜抗氧化性的同时能保持其良好的导电性。
制备了力学性能良好的镀镍铜粉/硅橡胶复合材料，发现在30MHz～18GHz频率范围内，复合材料的电磁屏蔽效能均为80dB。
第46卷第1期2021年2月广州化学Guangzhou ChemistryV ol. 46 No. 1Feb. 2021文章编号：1009-220X(2021)01-0001-07 DOI:10.16560/ki.gzhx.20210107电磁屏蔽材料的研究进展宋斌1,4,5，黄月文1,4,5，祖伟皓2,3,4，王斌2,3,4*（1. 中科院广州化学有限公司，广东广州510650；2. 中科院广州化学研究所，广东广州510650；3. 中国科学院大学，北京100049；4. 广东省电子有机聚合物材料重点实验室，广东广州510650；5. 中科院新型特种精细化学品工程实验室，广东广州510650）摘要：介绍了电磁屏蔽材料在军用和民用领域的重要性；简要阐述了电磁屏蔽的机理；综述了4种不同电磁屏蔽材料的优缺点以及研究现状，分别为金属型、表面导电型、填充复合型和本征型导电聚合物电磁屏蔽材料；分析并提出了3种提高电磁屏蔽效能的方式，分别为多孔结构设计、多层结构设计、复合填料优化。
关键词：电磁屏蔽材料；屏蔽机理；研究进展中图分类号：TB34 文献标识码：A高速发展的电子信息技术带来了高效和便利的生活，但其产生的电磁辐射却带来日益严重问题，成为威胁健康的又一新污染源[1]。
据英国国家辐射保护委员会调查报告，高压线产生的电磁辐射影响下，儿童白血病发病率较正常区域的高出一倍。
电磁辐射会降低甚至破坏人体的生命支持系统功能，引发各种疾病[2]。
同时，电子辐射会使电子系统障碍[3-5]，破坏设备运行[6]，造成严重经济损失；若遭受电磁武器的强力冲击，军事机密有被窃取风险[6]，设备信息系统也会暂时性失灵或永久性损坏，严重危害国防安全[7]。
据新华社消息，预计2020年底全国5G基站数超过60万个。
这些基站电磁辐射也将成为人们关注的焦点[8]。
针对上述问题，最为有效防御手段是使用电磁屏蔽材料。
使用高效宽频（24 GHz以上）的屏蔽设备外壳以保持5G 系统的安全性和稳定性；在飞机表面涂覆电磁屏蔽材料后，能极大减弱反射波而达到影身目的，如隐形飞机[9]；在卫星上使用轻质、宽频的电磁屏蔽材料后，能够躲避地面雷达的侦测，如美国“天基监测系统”隐形卫星[9]。
碳系电磁屏蔽材料的研究进展*郑志锋1,2,蒋剑春1,戴伟娣1,黄元波2,史正军2(1 中国林业科学研究院林产化学工业研究所,南京210042;2 西南林学院西南山地森林资源保育与利用省部共建教育部重点实验室,昆明650224)摘要 碳系电磁屏蔽材料是屏蔽材料的重要组成部分。
主要介绍了炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管及其他碳系电磁屏蔽材料的研究进展,着重阐述了这些碳系电磁屏蔽材料的优缺点和改性方法,并指出复合化和纳米化将是碳系电磁屏蔽材料今后发展的重点。
关键词 电磁屏蔽 碳系填料 屏蔽效能 导电性Research Progress in Carbon based Electromagnetic Shielding C ompositesZHEN G Zhifeng 1,2,JIANG Jianchun 1,DAI Weidi 1,HU ANG Yuanbo 2,SHI Zhengjun 2(1 Institute of Chemical I ndustr y o f Fo rest Pr oducts,CA F,N anjing 210042;2 K ey L abo rato ry of P rotectio n,Cultiv ation andU tilizat ion of F or est R eso ur ce in So uthw est Co untr y Coo per at ed by M inist ry of Education w ith Y unnanP rov ince,Southwest Fo restr y U niver sity,K unming 650224)Abstract Carbon based electro magnetic shielding composites are one of the impor tant shielding mater ials.In this pa per,the research pr og ress o f car bo n based electr omag netic shielding com posites,such as carbon black,gr a phite,carbon fiber,carbon nanotube and other kinds o f carbo n based materials,are ma inly intr oduced.T heir adv anta ges,disadvantag es and mo dificatio n metho ds are summarized in detail.F ina lly t he dev eloping tr end o f carbon based electro magnetic shielding materials,including composit e pr ocessing and nano pr ocessing ,is po int ed out.Key words elect romag net ic shielding ,car bo n based filler,shielding effect,electr ical co nductivit y*国家科技支撑计划资助项目(2006BA D19B06)郑志锋:男,1975年生,博士后,副教授,硕士生导师,主要从事生物质转化的研究与教学工作 E mail:zheng zhifeng 666@hot mail.co m 蒋剑春:通讯作者,男,1955年生,研究员,博士生导师,主要从事生物质能源和炭材料的研究开发工作 E mail:bio e ner gy @163.co m采用电磁屏蔽材料防止电磁辐射是行之有效的方法。
碳系电磁屏蔽材料是将碳系导电填料与聚合物树脂基体复合形成的填充复合型屏蔽材料。
碳系填料因其具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、密度小、热膨胀系数小、价格低等优点,且某些碳系填料能显著提高复合材料的力学性能,在电磁屏蔽复合材料中越来越受到青睐[1]。
本文就碳系电磁屏蔽材料的研究进展做一简要介绍。
1 炭黑系电磁屏蔽材料炭黑(Carbon black,简写为C B)具有资源丰富、制备工艺简单、价格低廉、导电性能持久等优点,是早期主要的碳系电磁屏蔽材料。
目前,炭黑常作为复合型电磁屏蔽材料或导电涂料型电磁屏蔽材料的填料。
但炭黑的导电性较差,导电率在10-4~10S cm -1,由其复合的材料,其屏蔽效果并不理想,不如碳纤维等[2]。
常用炭黑为乙炔炭黑,其结构高度完整,石墨化程度完善,杂质少,可使材料具有良好的电磁屏蔽能力。
炭黑在高分子基体中的添加量和分散性是材料导电性和电磁屏蔽性的主要影响因素,炭黑添加量的增加和分散性的提高均可增加粒子相互接触的几率,从而形成大量的导电网络通道,使材料的体积电阻和表面电阻降低[3]。
而且,随着炭黑填充复合材料电阻率的降低,屏蔽效果可迅速增加,如导电炭黑填充的室温硫化硅橡胶电阻率在1 cm 左右时可达到40dB 以上的屏蔽效能[4]。
提高炭黑在基体中的分散性也是非常关键的,可采用分散剂[5]和偶联剂的方法[6],从而改善炭黑与基体之间的结合状况和炭黑在基体中的分散均匀度,达到改善复合材料导电性和屏蔽性能的目的。
当然,不同种类的炭黑在填充量相同时得到的复合材料结构往往不同,电性能也不同[7]。
对炭黑的研究主要集中在炭黑材料的改性以及新型导电炭黑的开发2个方面[8]。
常用的改性方法是对炭黑进行高温热处理,从而增加炭黑的比表面积,改善炭黑的表面化学性质。
将炭黑与陶土、滑石粉等惰性物质并用,也可增加改性效果;以炭黑与聚合物的化学接枝物作为母体,再与其它基体聚合物进行复合,可以显著提高材料的电磁屏蔽能力。
还可采用在炭黑表面镀覆金属的方式来提高其电导率,如以甲醛为还原剂、硫酸铜为主盐,采用还原法,控制合适的工艺条件,可在炭黑粒子及炭黑聚集体表面比较完整地镀上铜层,镀铜率可高达70%[9]。
此外,采用纳米炭黑作为填料,也可收到较好的效果,且材料体积电阻率的变化有明显的二次逾渗现象[10]。
近年来,一些新型导电型炭黑也被研究和开发。
美国的C abot公司和Philips公司都研发了具有超导功能的炭黑产品,其电导率是普通炭黑的2~3倍,电磁屏蔽能力大大加强;日本三菱化成公司开发出了在50~1000M H z频段内具有40dB屏蔽效果的超细炭黑[11]。
2 石墨系电磁屏蔽材料石墨(Graphite)的导电性较炭黑高很多,室温下的电导率为103S cm-1左右,具有耐酸碱、抗高温、抗热振性等优点,在电磁屏蔽材料领域应用广泛。
与炭黑相似,石墨常作为复合型电磁屏蔽材料或导电涂料型电磁屏蔽材料的填料[12],主要有石墨粉和片状石墨2种。
石墨粉的分散性好,易形成导电通道,但要达到较好的电磁屏蔽效果则需较高的填充量[13,14]。
石墨可制成膨胀石墨(E xpanded graphite,简写为EG),将它与聚合物复合,可以降低石墨的填充量,这方面主要的研究热点集中在石墨与聚合物插层复合得到的石墨层间化合物(GIC)[15,16],这主要是由于石墨经膨胀后,其片层被剥离导致片状石墨粒子具有巨大的径厚比,原位插层复合使得石墨粒子能均匀分散在尼龙基体中,从而使得该复合材料具有高导电性能。
通过对膨胀石墨的改性,还可使其屏蔽性能得到进一步提高,如将磁性纳米Ni Fe合金均匀分散于膨胀石墨纳米层表面所形成的复合材料在300kH z~ 1.5GH z频率范围内的S E可达66~110dB[17];将氢氧化铁粉末与可膨胀石墨粉末均匀混合后在高温下快速膨化,可制得一种兼备导电性和亚铁磁性的优良电磁屏蔽复合材料[18];采用液相反应法可制备出具有较好电磁屏蔽性能的溴 石墨/石墨纤维插层化合物[19]等。
纳米化也是提高石墨屏蔽性能的一种重要方法,即将石墨与基体树脂复合制得屏蔽涂料或导电塑料,其渗滤值比普通石墨低,约1%(质量分数)[20,21],获得的纳米石墨基导电复合涂料涂膜的表面电阻率可低至0.6 m-1,S E达38dB (1.5GH z)[22]。
将金属镀覆在石墨表面可大大提高其导电性和屏蔽效能。
石墨表面可镀铜[23]、镀镍[24]、镀银[25]等,且效果均很好。
如采用碱性化学镀镍工艺,可在石墨粉末表面沉积一层连续、均匀的镍磷合金层,体积电阻率可从未镀时的510-2 cm降至210-4 cm以下,其与橡胶复合制得的屏蔽材料(填充量40%(质量分数))在1000M H z时的S E可达70dB[26]。
3 碳纤维型电磁屏蔽材料碳纤维(Carbon fiber,简称C F)及其复合物由于具有密度小、强度高、化学稳定性好、导电性能良好等优点,已成为电磁屏蔽材料研究的新热点之一[27]。
特别是碳纤维的加入,不仅赋予材料导电和屏蔽性能,而且使材料的力学性能也大大提高。
碳纤维的电磁屏蔽能力主要来源于其良好的导电性能。
碳纤维是电的良导体,常见体积电阻率在(0.8~1.8)10-3 cm之间,碳纤维的电导率随着热处理温度的升高而增大。
因此,经高温石墨化的碳纤维的导电性能已基本接近导体,是电磁波的反射材料,具有较好的电磁屏蔽性能。
连续碳纤维树脂复合材料在0.3MH z~1.5GH z频率范围内具有低表面阻抗和高反射率,其电磁屏蔽效能可达124dB[28];经高温处理的PAN基碳纤维与环氧树脂复合得到的复合材料在频率为500M H z时的屏蔽效能可达37dB[29]。
由于碳纤维价格贵,一般情况下,与导电炭黑、金属粉末等其它填料配合使用,可大大降低成本。
为改善碳纤维的导电性能,可在其表面包覆金属、镀SiC、沉积石墨碳粒等。
金属包覆法研究较早,是一种较为成熟的方法,包括电镀法、化学镀覆法及喷镀法等。
如采用金属包覆碳纤维毡,与环氧树脂、ABS、聚烯烃等基体材料复合后,制得的导电材料在1~1000MH z频率范围内的屏蔽效能达40dB以上,镀铜时最高可达70dB[30];用镀镍碳纤维填充PA、PC、ABS等高分子基体制成的复合材料,屏蔽效能可达40dB以上[31]。
但这些导电层长期使用后易发生剥离和脱层。
碳纤维纳米化也可提高复合材料的电磁屏蔽性能。
Yang等[32]的研究发现,用碳纳米纤维与液晶高分子进行复合,5%(质量分数)的填充量就可使材料的SE达13dB,而达到相同屏蔽效果则需要添加10%(质量分数)的传统碳纤维,优化得到的碳纳米纤维复合材料具有41dB的屏蔽效能。
此外,对碳纤维进行活化处理也有利于提高复合材料的屏蔽效能,如在1.0~1.5GH z频段,35%(体积分数)活性碳纤维(Activat ed carbon f iber,简写为ACF)填充量的复合材料的SE可达39dB,而填充同量未处理CF材料的SE为30dB,这主要是由于A CF中优异的孔隙结构对提高多次反射衰减有利[27]。
