成果简介
电磁技术的应用为高功率和高度集成的电气系统提供了便利。然而，广泛的电磁应用已经导致了一系列的安全和环境问题，如电磁干扰、泄漏和污染。开发高效的电磁干扰屏蔽和电磁波吸收材料，对于保证电子设备的可靠运行至关重要。本文，西安工程大学李建伟课题组在《Journal of Materials Science & Technology》期刊发表名为“Multifunctional rigid polyimide foams with outstanding EMI shielding and wave absorption via densification strategy ”的论文（硕士研究生王宇亘为第一作者），采用了一种有效的致密化策略成功构建了具有紧凑多孔结构的炭黑/石墨烯/镍聚酰亚胺泡沫（CGNPF）。
制备的CGNPF泡沫具有更优异的力学性能和轻质特性，其拉伸和弯曲强度分别可达4.7MPa和21.1 MPa。通过优化的结构设计，CGNPF在X波段（8.2-12.4 GHz）实现了优异的EMI SE（44 dB，2 mm）和较高的吸收系数值（A = 0.71）。同时，得益于泡沫内部多孔结构形成的良好的阻抗匹配能力，CGNPF在2.5 mm时最小反射损耗（RLmin）为-46.4 dB，且覆盖了整个X波段。此外，CGNPF在复杂环境中具有良好的焦耳加热性能，并具有良好的阻燃性和实际稳定性。本研究为开发用于电磁干扰屏蔽和微波吸收的轻型和高强度材料提供了一种新策略，显示了其在航空航天、微电子和能量转换应用方面的巨大潜力。
图文导读
图1 (a) CGNPF的制备工艺和多功能应用示意图。(b) “致密化”过程中泡孔的微观变化示意图。
图2 形态学和结构表征：(a-b) CGNPF-1.2、CGNPF-4.8的扫描电镜图像。(c) CGNPF的EDS元素映射分布。（d, e）不同CGNPF样品的FT-IR光谱和XRD能谱。(f，g) CGNPF样品的拉伸应力-应变曲线和弯曲应力-应变曲线。(h) CGNPF的阻燃性能。
图3 (a) 不同样品的电导率统计。(b) 不同CGNPF样品连接到单个LED灯泡上的的亮度测试。(c) CGNPF的EMI SE。不同样品的(d) SER、SEA和SET。(e) CGNPF的R、T、A值。(f) CGNPF的Aeff统计数据。(g) 不同厚度的CGNPF-4.8的EMI SE。(h) CGNPF的的电磁干扰屏蔽机制示意图。
图4 (a) CGNPF-1.2、(b) CGNPF-2.4、(c) CGNPF-3.6和(d) CGNPF-4.8的三维反射损耗图。(e) CGNPF-1.2、(f) CGNPF-2.4、(g) CGNPF-3.6和(h) CGNPF-4.8的二维反射损耗图。（i-l） CGNPF-1.2、CGNPF-2.4、CGNPF-3.6和CGNPF-4.8的反射损耗曲线。
小结
本文通过致密化策略制备了一系列多功能刚性PI泡沫复合材料。通过优化微观结构，CGNPF的拉伸强度和抗弯强度分别达到4.7 MPa和21.1 MPa。除了用于增强机械性能之外，Ni的添加量对于调节阻抗匹配以允许微波入射并衰减三维多孔结构内的实现多重反射是至关重要的。通过合理调节Ni含量，CGNPF表现出优异的EMI SE (44 dB )，同时表现出高达0.71的A值，具有突出的吸收主导EMI屏蔽机制。此外，CGNPF在10.7 GHz时的RLmin为-46.4 dB。因此，本工作为基于刚性结构聚酰亚胺泡沫的多功能电磁屏蔽和吸波材料的研究提供了启示，在精密电子和航空航天领域具有广阔的应用前景。
文献：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.12.021
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