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随着便携式和可穿戴智能电子产品的快速发展，特别是随着5G网络时代的到来，电磁干扰(EMI)已成为当今世界关注的重要问题。此外，EMI不利于设备运行，同时危害人体健康。电磁屏蔽是一种设计材料的技术，它通过反射或吸收入射电磁波来阻挡不需要的电磁辐射。理想的EMI屏蔽材料要求具有非常优异的EMI屏蔽效能、柔韧性、易加工性和良好的设计自由度。为了应对这些挑战，迫切需要开发具有有效电磁屏蔽效能、质量轻、稳定性好、可用于下一代电子器件的电磁屏蔽材料。
天然木材是一种可持续的生物质资源。木材具有比强度高、易加工、经济成本低等优点，被广泛应用于建筑、装饰、电子等行业。天然木材由高度各向异性的微通道组成，可以构建大量的导电网络。因此，这种多孔结构可以作为电磁屏蔽的理想基底。利用这个优势，内蒙古农业大学潘艳飞副教授团队提出在杨木表面连续化学镀Cu-Ni，构建出了一种具有三明治结构的Cu-Ni木基电磁屏蔽复合材料(图1)。相关成果已经发表于国际著名期刊Chemical Engineering Journal (IF: 15.1)。
论文链接
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144301
图1 (a) Cu-Ni木基复合材料制备示意图, (b)轻质, (c)疏水, (d)导电, (e)磁性。
研究人员以天然速生杨木作为基材，通过在杨木表面连续化学镀Cu-Ni制备出了一种轻质超薄的木基电磁屏蔽复合材料。Cu-Ni木基复合材料的饱和磁化强度最高可达7.7 emu/g，电导率最高可达到1930 S/cm (图2)。该材料在厚度为0.4 mm和密度为0.87 g/cm3下，在整个X波段(8.2 GHz到12.4 GHz)内其电磁屏蔽效能(EMSE)最高可达57.4 dB (图3)。通过研究其屏蔽机理，结果表明介电损耗和磁损耗的协同作用是Cu-Ni木基电磁屏蔽材料屏蔽和衰减电磁波的主要机制。电磁梯度三明治结构可以实现多介质界面损耗和多重反射损耗。当电磁波进入木材内部的多孔结构时，电磁波在孔内产生内部散射和多次反射，介电损耗和磁损耗的协同作用，提高电磁波的损耗能力(图4)。本研究提供了一种简单的方法制备出具有高效电磁屏蔽效能的木基复合材料，为木材的高值化利用提供了一种途径。
图2 (a)电导率，(b)磁滞回线。
图3 ( a ) A、R和T值，(b) SET，(c) SEA，(d) SER，(e) SET、SEA、SER的平均值，(f) 比屏蔽效能SSE/t。
图4 电磁屏蔽机理分析
潘艳飞副教授和材料科学与工程专业本科生戴马音为论文共同第一作者，潘艳飞副教授和黄金田教授为论文共同通讯作者。该研究依托国家林草局、内蒙古自治区“沙生灌木资源纤维化和能源化利用工程中心、重点实验室”，得到了内蒙古自治区自然科学基金(022MS03006)、国家级大学生创新创业训练计划项目(2210129007、20211012900)、内蒙古自治区创新创业训练项目(202210129012)、内蒙古农业大学创新创业训练项目(202210129033)的资助和支持。
*感谢论文作者团队对本文的大力支持。
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