近期,中國科學院合肥物質科學研究院應用技術研究所先進材料中心在開孔酚醛碳泡沫的電磁屏蔽性能方面取得新進展,在閉孔電絕緣性能的酚醛泡沫復合泡沫基體上獲得具有三維開孔結構的復合碳泡沫材料,所獲得的材料不僅超輕且在電磁屏蔽應用方面有非常好的前景。
與傳統金屬基屏蔽材料相比,由于聚合物泡沫材料的質輕、易加工、防腐蝕、成本低、自阻燃、高殘炭率等優良特性,這些材料僅作為保溫隔熱材料有很好的應用,由于這些結構材料導電性非常差,在電磁屏蔽領域無法應用,因此,對聚合物泡沫材料功能化已經引起人們的廣泛關注。針對上述問題,該研究組發展了一種簡單的原位聚合法將具有導電功能碳納米管(CNTs)和微波吸收功能的納米Fe3O4復合到酚醛泡沫中,制備了一種功能化酚醛復合泡沫,此酚醛復合泡沫具有一定的導電性和電磁屏蔽性能(圖h),但還無法滿足需求。再將此酚醛復合泡沫通過高溫碳化處理,制備了一種碳泡沫復合材料,此時部分納米Fe3O4被氧化成a-Fe2O3/g-Fe2O3。此碳泡沫復合材料具有三維開孔碳骨架結構(圖b),且CNTs均勻分散在碳骨架表面(圖c),由這些碳骨架、骨架表面的CNTs以及CNTs-Fe3O4構建的三種導電網絡(圖d-g),使得這種碳泡沫復合材料具有非常高的電導率(3.6 S/cm)。由于納米Fe3O4和g-Fe2O3具有吸波功能以及高電導率,使得此碳泡沫復合材料(厚度2mm)的電磁屏蔽效率高達62 dB(圖i)。因此,制備的超輕碳泡沫復合材料在有電磁屏蔽需求的領域有非常廣闊的應用前景。
相關研究成果以Open-cell phenolic carbon foam and electromagnetic interference shielding properties 為題發表在Carbon(2016, 104: 90-105)上。該研究工作得到國家自然科學基金的資助。
圖(a-c)材料的SEM表征結果,(d-g)構建的導電網絡示意圖,(h)酚醛泡沫復合材料的EMI SE,和(i)碳泡沫復合材料的EMI SE。
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