聊城大學(xué)戰(zhàn)艷虎副教授和四川大學(xué)夏和生教授團(tuán)隊(duì)CEJ：輕質(zhì)、隔熱的橡膠基電磁屏蔽材料
電磁屏蔽橡膠材料因其高彈性、良好的密封性，成為設(shè)備連接器件不可或缺的材料。為提高橡膠材料的電磁屏蔽性能，科研人員在導(dǎo)電填料的類(lèi)型選擇及表面修飾、導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)筑、復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面開(kāi)展了大量的研究工作，具體如下：
（1）導(dǎo)電填料的表面修飾提高分散性和增加功能性；
（2）導(dǎo)電填料的選擇性分布構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；
（3）乳液混合法構(gòu)筑導(dǎo)電填料的隔離網(wǎng)絡(luò)；
（4）加工工藝的優(yōu)化獲得層層結(jié)構(gòu)或多孔結(jié)構(gòu)。隨著新興導(dǎo)電材料的開(kāi)發(fā)、制備工藝的優(yōu)化和屏蔽理論的深入探討，該領(lǐng)域得到快速地發(fā)展，但是仍面臨如下挑戰(zhàn)：基于新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高效電磁屏蔽橡膠材料的多功能化，以滿足特定領(lǐng)域的需求。
聊城大學(xué)戰(zhàn)艷虎副教授團(tuán)隊(duì)、四川大學(xué)夏和生教授團(tuán)隊(duì)一直致力于橡膠材料的高性能化與功能化研究，并取得一系列創(chuàng)新性成果：發(fā)明了原位還原-膠乳法，實(shí)現(xiàn)石墨烯在橡膠基體中的分散和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑（Macromol. Mater. Eng., 2011, 296, 590，J. Mater. Chem., 2012, 22, 10464和Mater. Lett. 2017, 192, 115–118）；建立在橡膠基體中構(gòu)筑電磁耦合雜化網(wǎng)絡(luò)的工藝，并闡釋電磁耦合雜化網(wǎng)絡(luò)對(duì)電磁屏蔽性能的調(diào)控機(jī)制（Chem. Eng. J., 2018, 344,184-193）；利用超臨界二氧化碳發(fā)泡技術(shù)在橡膠材料中構(gòu)筑微尺度多孔結(jié)構(gòu)，闡明了隔離網(wǎng)絡(luò)與泡孔結(jié)構(gòu)并存對(duì)電磁屏蔽性能的協(xié)同增強(qiáng)機(jī)制(Nanoscale, 2019, 11, 1011-1020)；構(gòu)建層層結(jié)構(gòu)、獲得各向異性橡膠基電磁屏蔽材料（Nanoscale, 2020, 12, 7782–7791）；突破技術(shù)瓶頸，首次利用水合肼作為還原劑，獲得可用于傳感器領(lǐng)域的石墨烯/天然橡膠多孔材料（Compos. Sci. Technol., 2021, 205, 108689）。近期，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)為解決發(fā)泡過(guò)程中隔離網(wǎng)絡(luò)易被破壞的難題，再次合作，運(yùn)用膠乳混合與模板發(fā)泡聯(lián)用技術(shù)，獲得輕質(zhì)、隔熱的橡膠基電磁屏蔽材料。
圖1. 輕質(zhì)、隔熱的橡膠基電磁屏蔽材料的優(yōu)點(diǎn)
利用膠乳混合法將碳納米管包覆在天然橡膠粒子的表面，再將可膨脹微球分散在碳納米管/天然橡膠乳液中，冷凍干燥后，模壓發(fā)泡獲得具有新型“海島”結(jié)構(gòu)的橡膠泡沫材料（如圖2所示）。所謂的新型的“海島”結(jié)構(gòu)是指：以具有碳納米管隔離網(wǎng)絡(luò)的橡膠相為連續(xù)相、以具有薄殼結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸空心球?yàn)榉稚⑿裕ㄈ鐖D3a和b）。這種新型結(jié)構(gòu)賦予材料神奇的特性：（1）可膨脹微球膨脹過(guò)程中，碳納米管的隔離網(wǎng)絡(luò)不會(huì)破壞，因而發(fā)泡前后材料的導(dǎo)電率相對(duì)穩(wěn)定（如圖3c）；（2）含有異丁烷的中空微球賦予材料超低的導(dǎo)熱系數(shù)（0.020 W/m K，如圖3d）；（3）隔離網(wǎng)絡(luò)和泡孔結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)賦予材料優(yōu)異的電磁屏蔽性能（44.2 dB），詳見(jiàn)圖3e和f。通過(guò)優(yōu)化發(fā)泡率，當(dāng)材料的密度為0.5 g/cm3和厚度為2 mm時(shí)，該材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.048 W/m K、屏蔽效能為44.2 dB，可應(yīng)用于防屏蔽和隔熱領(lǐng)域。
圖2. 輕質(zhì)、隔熱的橡膠基電磁屏蔽材料的制備流程
圖3. 輕質(zhì)、隔熱的橡膠基電磁屏蔽材料的微觀結(jié)構(gòu)（a和b）、導(dǎo)電性能（c）、導(dǎo)熱系數(shù)（d）和電磁屏蔽性能及屏蔽機(jī)理（e和f）
以上相關(guān)成果以Thermal insulating rubber foams embedded with segregated carbon nanotube networks for electromagnetic shielding applications為題，發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。聊城大學(xué)碩士生謝兆新和四川大學(xué)碩士生蔡易凡為共同一作，聊城大學(xué)戰(zhàn)艷虎副教授和四川大學(xué)夏和生教授為共同通訊作者。
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https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135118
