本文采用浸涂法和超聲浸泡法制備了聚多巴胺(PDA)和石墨烯(GR)的聚氨酯(PU) 拉脹泡沫復合材料(PU/PDA/GR)，然后采用三軸壓縮加熱法。泊松比為−2.36時，具有開孔PU泡沫結構的PU/PDA/GR拉脹泡沫復合材料的電磁干擾(EMI)屏蔽效率(SE)值為59.75 dB，是相同GR含量的正泊松比泡沫復合材料的8.9倍。此外，首次研究了不同重入結構形式和拉脹泡沫材料的EMI屏蔽性能之間的關系，并用負泊松比絕對值定量描述了所制備的拉脹泡沫材料重入結構的差異。負泊松比絕對值越大，泡沫復合材料的EMI屏蔽性能越好。高吸收電磁干擾(EMI)屏蔽效率(SE)和重入結構的存在是拉脹泡沫復合材料高EMI屏蔽性能的關鍵因素。此外，研究還發現，通過簡單的加熱處理，拉脹泡沫的EMI SE可以被調節，這表明拉脹泡沫復合材料在未來可能作為一種調溫的EMI屏蔽材料。
圖1. 拉脹泡沫復合材料制備的實驗流程圖。
圖2. (a)PU1泡沫的SEM圖像;(b)PU2泡沫的SEM圖像;(c) PU1、PU2泡沫的泊松比與工程應變的關系;(d) PU1/PDA泡沫復合材料的SEM圖像。
圖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泡沫復合材料的SEM圖像。
圖4. (a)不同GR含量的PU1/PDA/GR泡沫復合材料的電磁干擾屏蔽效能(EMI SE)曲線(F1-10.8為GR含量為10.8 wt%的PU1/PDA/GR泡沫復合材料);(b) PU1泡沫、PU2泡沫和PU1/PDA泡沫復合材料的EMI SE曲線;(c)不同GR含量的F1-X-5泡沫復合材料 (壓縮系數為5的PU1/ PDA/GR泡沫復合材料)的EMI SE曲線;(d)不同GR含量下，壓縮因子為0和5的F1泡沫復合材料在26 GHz時的EMI SE對比曲線。
圖5. 不同GR含量(wt%)的拉脹泡沫復合材料的SEM圖像(F1-X-5，其中X為泡沫復合材料中GR的含量):(a)10.8;(b)15.9;(c)27.1; (d)36.9。
圖6. (a) F1-36.9-5泡沫復合材料的SEM圖像;(b) F2-36.9-5泡沫復合材料的SEM圖像;(c) F1-36.9-5和F2-36.9-5泡沫復合材料的EMI SE對比曲線。
圖7. 不同壓縮系數(Y)時的F1-36.9-Y泡沫復合材料的SEM圖像:(a)3; (b)5;(c)7。
圖8. (a)不同壓縮系數的F1-36.9-Y泡沫復合材料的泊松比與工程應變關系;(b) 不同壓縮系數的F1-36.9-Y泡沫復合材料的EMI SE對比曲線;(c) PU1/PDA/GR泡沫復合材料的EMI SE與泊松比的關系;(d)不同壓縮系數的F1-36.9-Y泡沫復合材料的比EMI SE (EMI SSE)對比曲線;(e)不同壓縮系數的F1-36.9-Y泡沫復合材料在26 GHz時的EMI SE和EMI SSE對比曲線;(f)不同壓縮系數的F1-36.9-Y泡沫復合材料的SER和SEA曲線。
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圖9. (a)傳輸線理論方法中的EMI屏蔽機理示意圖;(b) F1-36.9-3泡沫復合材料的2D理想單元排列圖;(c) F1-36.9-5泡沫復合材料的2D理想單元排列圖;(d) F1-36.9-7泡沫復合材料的2D理想單元排列圖。
圖10. 拉脹泡沫復合材料的EMI屏蔽機理示意圖。
圖11. F1-36.9-7泡沫復合材料在不同溫度下加熱1小時的SEM圖像(a)40℃; (b)60℃; (c)80℃;(d) F1-36.9-7泡沫復合材料在不同溫度下加熱1 h泊松比與工程應變的關系;(e) F1-36.9-7泡沫復合材料在不同溫度下加熱1 h的EMI SE對比曲線。
相關研究成果由中國科學院長春應用化學研究所高分子物理與化學國家重點實驗室、中國科學技術大學Donglei Fan等人于2021年發表在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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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