1成果简介
与一些常规的电磁屏蔽材料相比，聚酰亚胺（PI）泡沫基电磁屏蔽复合材料具有许多优越特性，例如轻质、耐腐蚀、耐高温等。因此，PI泡沫基电磁屏蔽复合材料的制备和性能研究对于电子和无线通讯设备性能的提升具有重要意义。本文，受“蜂巢封孔”启发，西安工程大学李建伟课题组在《Composites Science and Technology》期刊发表名为“Honeycomb-like Polyimide/Fe3O4@PPy foam for electromagnetic wave shielding with excellent absorption characteristics”的论文，提出了一种基于PI泡沫的蜂窝结构和聚吡咯（PPy）原位聚合技术调控复合泡沫泡孔形态的新策略，设计了一种PPy薄膜覆盖或半覆盖的新型多孔结构。由于PI泡沫内部形成的PPy薄膜的良好导电性和电磁波吸收特性，并基于电磁波在复合泡沫内部的多次反射机制，实现以吸收为主的电磁屏蔽效果。
在材料结构和形貌设计过程中还引入了Fe3O4纳米颗粒，赋予复合泡沫更为优异的磁损耗和介电损耗特性，同时增强了其对电磁波的多次反射和吸收效果。并通过磁控溅射在复合泡沫表面引入一层薄的铜（Cu）反射层，以实现复合泡沫的二次多重反射。在经过PPy沉积后，复合PI泡沫的表面导电率可以达到2.7×103 S/m。复合泡沫PF@PPy的厚度为8 mm时其EMI屏蔽值最高可达41.1 dB，且吸收系数A值可达0.8。此外，复合泡沫PF/Fe3O4@PPy在厚度为6.0 mm时的最佳反射损耗为-31 dB，并且在整个X波段均可以实现＜-10dB的反射损耗。本研究报道了一种兼具电磁干扰屏蔽和微波吸收特性的材料，为“绿色”电磁屏蔽材料的发展和在先进功能器件的应用发展提供了一种新的思路。
2图文导读
图1.（a）PF/Fe3O4、PF/Fe3O4@PPy和PF/Fe3O4@PPy/Cu的制备工艺及原理图；（b-c）红外谱图；（d）机械性能；（e-f1）聚吡咯薄膜SEM图；（g）Fe3O4分布SEM图；（h-h1）表面Cu粒子的SEM图和EDS图。
图2.（a）复合泡沫PF/Fe3O4@PPy的光学图片；（b）复合泡沫PF/Fe3O4-10%和PF/Fe3O4-20%的孔径分布；（c）复合泡沫 PF/Fe3O4-20%的SEM图像；（d-f）不同时间条件下复合泡沫沉积聚吡咯SEM图像；（g）泡孔逐渐封闭示意图。
图3. 复合泡沫的3D反射损耗图和对应的2D图像：（a，d）PF@PPy；（b，e）PF/Fe3O4-10@PPy；（c，f）PF/Fe3O4-20@PPy；（g-i）复合泡沫PF@PPy，PF/Fe3O4-10@PPy和PF/Fe3O4-20@PPy的2D反射损耗图。
图4. 复合泡沫PF@PPy，PF/Fe3O4-10@PPy和PF/Fe3O4-20@PPy的电磁参数：（a）介电实部ε′；（b）介电虚部ε″；（c）介电损失tan δε；（d）磁实部μ′；（e）磁虚部μ″；（f）磁损耗tan δμ。
图5.（a-i）PF/Fe3O4@PPy和PF/Fe3O4@PPy/Cu的EMI性能；（j）EMI机理示意图。
3小结
受“蜂巢封孔”启发，利用化学发泡和气相沉积方法，成功制备了具有“蜂窝”结构的多孔复合泡沫PF/Fe3O4@PPy。结果表明，Fe3O4纳米粒子的引入和PPy薄膜的形成在磁损耗和介电损耗的过程中发挥了重要作用。通过多重反射和多重吸收，实现对电磁波的高效衰减。复合泡沫PF/Fe3O4-20@PPy具有RLmin = -31 dB的有效电磁波吸收性能。由于PI泡沫的3D多孔结构和PPy薄膜的良好导电性，复合泡沫PF@PPy具有优异的电磁波吸收系数A值=0.8。此外，泡沫传感器PF@PPy在检测人体运动方面的应用也具有应用价值，可施加的负载范围在0 ~ 266.67 kPa之间。这些综合性能优异的聚酰亚胺复合泡沫有望在微电子领域得到应用。
文献：
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