隨著電子技術的快速發展，電子元件呈現高度堆疊的趨勢，雖然為微型電子設備提供了密集計算和通信功能的可能性，但同時也增加了對電磁輻射的敏感性，導致信號串擾，限制了設備的性能。聚合物基電磁屏蔽材料(PEMSM)以聚合物作為基體，通過添加碳材料、金屬、無機非金屬材料等功能填料，既有聚合物重量輕、可加工性強的優勢，又賦予了其可調的導電性或/和導磁性，在電磁屏蔽材料領域得到了廣泛應用。而為了更好地發揮聚合物基電磁屏蔽材料的電磁屏蔽效應，填料作為提供電磁屏蔽效益的關鍵組分，其改性也成為了關注的熱點。

為什么要對聚合物基磁屏蔽材料的填料進行改性？

電磁屏蔽材料的原理是通過將電磁波轉換為熱能或其它形式的能量實現對入射電磁波的有效吸收，基于傳輸線理論的S.A.Schelkunoff提出的電磁屏蔽理論,電磁損耗通常為電磁波的表面反射損耗（SER）、屏蔽材料內部的吸收損耗、屏蔽材料的多重反射損耗（SEM）的總和，其中吸收損耗除了受入射電磁波的影響，還與屏蔽材料的厚度、頻率、電導率和磁導率等有關，高導電性材料可以通過與電場的相互作用來吸收電磁波，而高磁導率材料對電磁波的衰減主要來自共振和磁滯損耗，因此可通過在填料表面包覆或接枝化學組成不同的覆蓋層，提高復合材料的電導率、磁導率來提升材料的電磁屏蔽效果。除此之外，復合材料的電磁屏蔽效益還受到材料間界面相容性的影響，通過對填料表面進行合理的表面處理，可改善兩者間的界面相容性，促進填料的分散，增強了界面黏結，提高材料的綜合性能。

電磁屏蔽原理（來源：參考文獻2）

如何對填料改性？

目前，針對聚合物基電磁屏蔽材料中功能填料的表面修飾方法包括化學鍍、表面炭化、表面包覆聚合物、表面生長金屬有機骨架（MOF）、表面枝接等方式。

1、化學鍍

化學鍍是指將填料粗化、敏化或活化處理后，置于含有某種金屬離子的溶液中，然后通過向體系內加入還原劑，使金屬離子在填料表面均勻沉積形成致密的金屬鍍層，從而使填料獲得導電或導磁性或進一步提高其導電性的方法。通常為了獲得較好的電磁屏蔽性能，可在填料表面鍍上銀、銅以及鐵磁性顆粒等。

（1）鍍銀：金屬銀的電導率高達6.30×10⁷S/m，鍍銀能夠賦予復合材料優異導電性能，增強材料對電磁波的電導損耗和介電損耗能力，通常鍍銀時，常以硝酸銀溶液為銀離子來源。

填料表面鍍銀（來源；參考文獻3）

鍍銅：銅的電導率雖不及銀，為5.8×10⁷S/m，但有著原料價格低的優勢，且銅鍍層致密，依舊能為PEMSM帶來很好的電磁屏蔽效應，是填料表面金屬化常用的元素之一，常采用五水合硫酸銅是常用的銅離子來源。

（2）鍍磁性金屬：電磁損耗效益除了與填料的電導率有關，也與磁導率有關。雖然鍍銀和鍍銅能提升復合材料的導電能力，能夠在電導損耗、介電損耗方面有所貢獻，但單一的電阻型損耗機制不足以大幅提升材料的的電磁屏蔽效能(SE)。在填料表面施鍍磁性金屬，不僅可以如施鍍其他金屬一樣提升其導電性，而且還能夠賦予復合材料的磁性，從而產生磁損耗，豐富電磁波的能量損耗形式。

化學鍍的優點是不需要電源、離子利用率高，鍍層均勻、且孔隙率低，但離子沉積速度慢、對能源的消耗和廢液污染環境問題是仍有待改進的方面。

2、表面炭化

石墨是一種由碳原子通過共價鍵形成的層狀結構，每層之間可以自由移動的電子，使得石墨具有良好的導電性。因此在填料表面包覆一層致密的石墨層，可以提高復合材料的導電能力，從而有效提升材料的電磁屏蔽能力。該方法以在非金屬填料表面進行修飾最為常見，目前主要有化學氣相沉積、包覆聚合物后煅燒炭化等方式實現。

（1）化學氣相沉積

化學氣相沉積通常是將乙炔氣體注入真空反應腔內，并加熱到一定溫度溫度，使得前驅體氣體在氣固界面進行化學反應而生成固體沉積層。利用該技術，涂層與基材結合持久，在高應力環境下仍然保持穩定，但對設備要求較高。

（2）包覆聚合物后煅燒炭化：作為碳水化合物，聚合物具有充足的碳源。在填料表面先包覆一層聚合物，再通過高溫煅燒，使聚合物熱解以得到均勻的表面炭化層。相比化學氣相沉積法，該方法簡便易行，填料表面的石墨化炭層分布均勻，對電磁波的損耗有顯著效果，但這一過程需消耗大量能量。

3、表面包覆聚合物

原位聚合生成聚合物殼層是將填料分散至含有單體的溶液中，再加入引發劑使其發生聚合反應，最終在填料表面形成聚合物包覆層，具有無需進行熱加工，可避免熱降解的發生，同時不會破壞填料的優勢。通常包覆的材料有聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）等導電聚合物和聚多巴胺。

（1）包覆導電聚合物：該方式既可通過降低填料與基體間的界面能，提升兩者結合強度，也可以發揮導電高分子自身的電導優勢，提升電磁屏蔽材料性能。

原位聚合PPy@石墨烯納米復合材料的微波屏蔽機理示意圖

（2）包覆聚多巴胺：聚多巴胺的包覆可利用多巴胺在潮濕有氧的堿性環境下會發生自聚合反應實現。聚多巴胺可以利用結構中的酚羥基和氨基基團還可以發生二次反應，吸附金屬粒子，并成為催化活性中心，隨后加入強還原劑后可繼續促進金屬離子還原并形成金屬殼層。

α-Fe₂O₃表面自聚生成PDA（來源：參考文獻3）

4、表面生長金屬有機骨架

金屬有機骨架（MOF）是通過化學配位合成的一類晶體聚合物，綜合了高孔隙率、高比表面積等特點。利用原位合成法可以在填料表面生長MOF，最終通過高溫使MOF分解生成多孔碳和金屬及金屬氧化物顆粒。由于MOF具有多孔拓撲結構，可有效增強多重反射損耗及磁損耗，獲得衰減電磁波的能力，除此之外，金屬本身具有的導電性能也可以增強材料對電磁波的電導損耗和介電損耗能力，呈現出很好的電磁屏蔽/吸波效果。

不過該方法也存在高溫炭化熱解過程需消耗大量能量的劣勢，且由于制備過程復雜、成本高等因素，使其目前仍處于實驗室研究階段。

5、表面枝接

表面枝接是一種常見的表面改性技術，是指通過液相單體在固態填料表面進行的非均相接技反應，在粉體表面引入功能性分子或活性基團的過程。這些功能性分子或活性基團可以改變粉體表面的化學性質，從而改善粉體的分散性、相容性，增強界面黏結，提升聚合物基電磁屏蔽材料的綜合性能。

表面接枝改性的優勢在于其僅改變了填料表面的化學性質，卻未改變其本質性質，為填料的多功能化提供了更多的可能性，但在改性時，需要根據功能和填料本身性質，選擇合適的枝接方法和功能性基團，實現對粉體表面的精準改性。

參考文獻：

1、王慶宇,溫變英.功能填料表面修飾對聚合物基復合材料電磁屏蔽性能影響研究進展[J].高分子材料科學與工程.

2、占曉,譚妍妍,杜婧羽,等.改性碳系填料填充聚合物基電磁屏蔽復合材料的研究進展[J].高分子材料科學與工程.

3、李倩.磁性納米粒子的多巴胺仿生修飾及金屬化的研究[D].北京:北京化工大學.

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