本文采用浸涂法和超声浸泡法制备了聚多巴胺(PDA)和石墨烯(GR)的聚氨酯(PU) 拉胀泡沫复合材料(PU/PDA/GR)，然后采用三轴压缩加热法。泊松比为−2.36时，具有开孔PU泡沫结构的PU/PDA/GR拉胀泡沫复合材料的电磁干扰(EMI)屏蔽效率(SE)值为59.75 dB，是相同GR含量的正泊松比泡沫复合材料的8.9倍。此外，首次研究了不同重入结构形式和拉胀泡沫材料的EMI屏蔽性能之间的关系，并用负泊松比绝对值定量描述了所制备的拉胀泡沫材料重入结构的差异。负泊松比绝对值越大，泡沫复合材料的EMI屏蔽性能越好。高吸收电磁干扰(EMI)屏蔽效率(SE)和重入结构的存在是拉胀泡沫复合材料高EMI屏蔽性能的关键因素。此外，研究还发现，通过简单的加热处理，拉胀泡沫的EMI SE可以被调节，这表明拉胀泡沫复合材料在未来可能作为一种调温的EMI屏蔽材料。
图1. 拉胀泡沫复合材料制备的实验流程图。
图2. (a)PU1泡沫的SEM图像;(b)PU2泡沫的SEM图像;(c) PU1、PU2泡沫的泊松比与工程应变的关系;(d) PU1/PDA泡沫复合材料的SEM图像。
图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泡沫复合材料的SEM图像。
图4. (a)不同GR含量的PU1/PDA/GR泡沫复合材料的电磁干扰屏蔽效能(EMI SE)曲线(F1-10.8为GR含量为10.8 wt%的PU1/PDA/GR泡沫复合材料);(b) PU1泡沫、PU2泡沫和PU1/PDA泡沫复合材料的EMI SE曲线;(c)不同GR含量的F1-X-5泡沫复合材料 (压缩系数为5的PU1/ PDA/GR泡沫复合材料)的EMI SE曲线;(d)不同GR含量下，压缩因子为0和5的F1泡沫复合材料在26 GHz时的EMI SE对比曲线。
图5. 不同GR含量(wt%)的拉胀泡沫复合材料的SEM图像(F1-X-5，其中X为泡沫复合材料中GR的含量):(a)10.8;(b)15.9;(c)27.1; (d)36.9。
图6. (a) F1-36.9-5泡沫复合材料的SEM图像;(b) F2-36.9-5泡沫复合材料的SEM图像;(c) F1-36.9-5和F2-36.9-5泡沫复合材料的EMI SE对比曲线。
图7. 不同压缩系数(Y)时的F1-36.9-Y泡沫复合材料的SEM图像:(a)3; (b)5;(c)7。
图8. (a)不同压缩系数的F1-36.9-Y泡沫复合材料的泊松比与工程应变关系;(b) 不同压缩系数的F1-36.9-Y泡沫复合材料的EMI SE对比曲线;(c) PU1/PDA/GR泡沫复合材料的EMI SE与泊松比的关系;(d)不同压缩系数的F1-36.9-Y泡沫复合材料的比EMI SE (EMI SSE)对比曲线;(e)不同压缩系数的F1-36.9-Y泡沫复合材料在26 GHz时的EMI SE和EMI SSE对比曲线;(f)不同压缩系数的F1-36.9-Y泡沫复合材料的SER和SEA曲线。
图9. (a)传输线理论方法中的EMI屏蔽机理示意图;(b) F1-36.9-3泡沫复合材料的2D理想单元排列图;(c) F1-36.9-5泡沫复合材料的2D理想单元排列图;(d) F1-36.9-7泡沫复合材料的2D理想单元排列图。
图10. 拉胀泡沫复合材料的EMI屏蔽机理示意图。
图11. F1-36.9-7泡沫复合材料在不同温度下加热1小时的SEM图像(a)40℃; (b)60℃; (c)80℃;(d) F1-36.9-7泡沫复合材料在不同温度下加热1 h泊松比与工程应变的关系;(e) F1-36.9-7泡沫复合材料在不同温度下加热1 h的EMI SE对比曲线。
相关研究成果由中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室、中国科学技术大学Donglei Fan等人于2021年发表在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。
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