西南大学王明教授课题组：温敏微球实现碳纳米管填充硅橡胶复合材料电磁屏蔽效能的温度和应变可调控响应

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现代电子设备方便人类生活得同时也带来了电磁污染。电磁污染不仅影响电子仪器的正常运行，而且还威胁着人类得生活环境和人体健康。为了有效地抑制电磁污染，研究开发可削弱电磁波传播的高性能电磁屏蔽材料具有重要意义。另一方面，随着智能材料的发展，电磁屏蔽复合材料通过自身对外部刺激的反应，进行电磁屏蔽效能的实时调控，在实际应用中具有更大的潜在价值。

西南大学王明教授课题组和中山大学陈旭东教授课题组合作通过将温敏微球（TSM）引入到碳纳米管填充硅橡胶复合材料（PDMS/CNT）中，实现了电磁屏蔽效能的温度和应变的可调控性。温敏微球为受热膨胀的空心微球，微球的加入不仅降低了复合材料的密度，而且构建了多界面的泡孔结构有利于提高电磁波在复合材料内部的界面耗散。更为重要的是，该复合材料的制备过程非常简单，有利于大规范的设计和生产，如图1所示。在图2中，给出了微球膨胀前后的尺寸变化以及碳纳米管和微球在硅橡胶基体内的分散分布情况。

图1 温敏微球和碳纳米管填充硅橡胶制备过程。

图 2 微球膨胀前 (a, b) 和膨胀后 (c) 的形貌图以及碳纳米管和微球在硅橡胶基体内分散分布情况的形貌图 (d, e, f)。

图3给出了复合材料电磁屏蔽效能随温度和压缩应变响应变化情况及其机理图。复合材料电磁屏蔽性能的温度和应变可调控性主要与复合材料中温敏微球的形状和大小随温度和应变可控变化有关。温敏微球的形状和大小改变诱发硅橡胶内部CNT导电网络的重新排列，从而显示出自适应调控的电磁屏蔽效能。具体而言，当温度加热到120 ℃，复合材料中的TSM膨胀，挤压PDMS基质，破坏了部分CNT导电网络，降低了复合材料的屏蔽效能；当进一步升高温度到150 ℃，大多数TSM体积回缩到较小的原始尺寸，使CNT导电网络得以恢复，同时使复合材料的屏蔽效能得到恢复。此外，将膨胀后的硅橡胶复合材料进行70％的大应变压缩，应变使TSM被压扁切断了大部分的导电路径，使复合材料的屏蔽效能大大降低；但是，经过 120 ℃的再次热处理可部分恢复硅橡胶复合材料的屏蔽性能。这种基于温度和应变响应性的电磁屏蔽硅橡胶材料，为设计和开发具有自调控电磁屏蔽效能的复合材料提供新的视野和策略。

图 3 电磁屏蔽效能随温度和压缩应变响应变化情况及其机理图。

相关研究成果“Temperature and strain-induced tunable electromagnetic interference shielding in polydimethylsiloxane/multi-walled carbon nanotube composites with temperature-sensitive microspheres”近期发表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing上。第一作者为西南大学化学化工学院硕士研究生蔡洁花，通讯作者为西南大学化学化工学院王明教授。该项目受到重庆市科技局项目资助。

文章链接：J.-H. Cai, X.-H. Tang, X.-D. Chen, M.Wang*, Temperature and strain-induced tunable electromagnetic interference shielding in polydimethylsiloxane/multi-walled carbon nanotube composites with temperature-sensitive microspheres, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2021, 140, 106188.

https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2020.106188

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