導(dǎo)電聚合物基吸波材料的研究進展

張楠

摘 ?要：導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料是一種很有前途的電磁波吸收材料，具有低密度、高性能的優(yōu)點。文章介紹總結(jié)了導(dǎo)電聚合物復(fù)合吸波材料的最新研究進展，包括與無機材料、有機材料，可調(diào)諧化學(xué)復(fù)合，并對導(dǎo)電聚合物復(fù)合吸波材料的發(fā)展方向做出展望。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)電聚合物;吸波材料;研究現(xiàn)狀

中圖分類號：O631.3 文章標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）20-0046-02

Abstract： Conductive polymer composite is a promising electromagnetic wave absorbing material， which has the advantages of low density and high performance. In this paper， the latest research progress of conductive polymer composite absorbing materials is summarized， including tunable chemical composites with inorganic materials and organic materials， and the development direction of conductive polymer composite absorbing materials is prospected.

Keywords： conductive polymer; absorbing material; research status

各種電子設(shè)備和通信技術(shù)在給人類的生活提供了極大的便利的同時，也導(dǎo)致了嚴(yán)重的電磁輻射問題[1]。在治理電磁污染問題上，近年來，低反射、高吸收的吸波材料受到越來越多的關(guān)注[2]。一般來說，吸波材料根據(jù)其微波損耗機理可分為兩類：介電損耗材料和磁損耗材料。磁損耗材料如鐵、鈷、鎳及其相關(guān)鐵氧體，通常具有良好的磁損耗性，但是在強反射損耗和寬頻率響應(yīng)下，其高密度和較差的耐蝕性限制了其可持續(xù)發(fā)展[3]。相反，傳統(tǒng)的介電損耗材料，如SiC、BaTiO3、碳和ZnO，由于復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率之間差距相對較大，導(dǎo)致阻抗不匹配和吸收帶寬窄[4]。因此，開發(fā)性能優(yōu)良的新型吸波材料仍具有挑戰(zhàn)性。導(dǎo)電聚合物是一類電阻率處于導(dǎo)體與半導(dǎo)體之間的高分子，其結(jié)構(gòu)中包含單雙鍵重復(fù)性結(jié)構(gòu)單元，利于形成共軛鍵而具有導(dǎo)電性。導(dǎo)電聚合物由于低密度、低成本、耐腐蝕和易制備等優(yōu)點，作為電磁屏蔽材料已經(jīng)得到了廣泛的研究[5]。然而，單一的聚合物吸波材料由于吸波頻帶比較窄，因此，將導(dǎo)電聚合物與其他材料復(fù)合，拓寬有效吸波寬度，提高吸波效率，成為這類材料開發(fā)探索的焦點問題。近年來，對導(dǎo)電聚合物的復(fù)合設(shè)計得到的新型吸波材料在電磁波吸收領(lǐng)域取得了顯著的成就，本文對已發(fā)表導(dǎo)電聚合物與其他材料的復(fù)合種類進行詳細的總結(jié)，將有助于進一步促進導(dǎo)電聚合物基吸波材料的發(fā)展。

1 導(dǎo)電聚合物與無機物復(fù)合

1.1 與磁性金屬復(fù)合

磁性金屬納米粒子在千兆赫茲頻率范圍內(nèi)通常具有較大的飽和磁化強度、兼容介電損耗，能夠滿足高性能電磁波吸收材料的設(shè)計要求。閆智然等人[6]在FeCo磁性納米顆粒的表面通過原位氧化聚合，合成不同系列的FeCo/PPy納米復(fù)合材料，結(jié)果表明，磁性納米顆粒與聚吡咯復(fù)合后可以優(yōu)化阻抗匹配，增加電磁波吸收性能。

1.2 與鐵氧體復(fù)合

鐵氧體是一種典型的磁性介質(zhì)材料，具有其成分簡單，制備條件溫和等優(yōu)點，在吸波設(shè)計得到了廣泛的應(yīng)用，是導(dǎo)電聚合物基復(fù)合吸波材料中最常見的添加劑。張玉富[7]先通過水熱法制備NixZn1-xFe2O4鐵氧體，并與苯胺通過乳液聚合反應(yīng)合成了NixZn1-xFe2O4/PANI，他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)X=0.7時，復(fù)合材料達到最優(yōu)的電磁波吸收性能。

1.3 與過渡金屬氧化物復(fù)合

過渡金屬氧化物與導(dǎo)電聚合物的介電性能相似，而且由于沒有磁吸引力，它們具有良好的分散性。由于導(dǎo)電聚合物與無機組分之間的普遍協(xié)同效應(yīng)，一些具有良好介電性能和微波吸收的過渡金屬氧化物可與導(dǎo)電聚合物復(fù)合，以獲得更優(yōu)異的電磁波性能。賈涵梟[8]通過改變工藝條件制備不同形貌結(jié)構(gòu)的MnO2并與PANI復(fù)合得到MnO2@PANI吸波材料，結(jié)果表明，復(fù)合材料在2-18GHz的頻率范圍內(nèi)比單一的MnO2具有更強、更寬的反射損耗。

2 導(dǎo)電聚合物與碳材料復(fù)合

碳材料由于其低密度、良好的耐蝕性、可設(shè)計的微觀結(jié)構(gòu)和可調(diào)諧的介電性能，無疑是最有前途的選擇之一。碳材料和導(dǎo)電聚合物復(fù)合可以增強介電損耗性能，并提供額外的介電損耗機制，這對于強吸收和寬帶寬非常有利。此外，它們的低密度也有助于制備輕量級電磁波吸收材料。Qiu等人[9]證實了多壁碳納米管（MWCNTs）/PANI復(fù)合材料中相對復(fù)介電常數(shù)的實部和虛部之間存在明顯的共振，從而增強了相應(yīng)頻率區(qū)域的電磁波吸收損耗。

3 多元復(fù)合體系

各種二元導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料在吸收領(lǐng)域（特別是在吸收強度方面）取得了一些預(yù)期的成就，而它們的電磁響應(yīng)頻率仍然相對較窄。為了進一步提高性能，越來越多的研究集中在多元復(fù)合導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)上，進一步優(yōu)化復(fù)合材料的電磁性能。多元復(fù)合導(dǎo)電聚合物材料一般有三種改性方法：第一種方法是在二元磁性導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料中引入一種新的磁性成分，使磁損耗得到充分的增強。Yang等人[10]設(shè)計了三元BaFe12O19/Y3Fe12O12/PANI復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)硬磁鐵氧體（BaFe12O19）和軟磁鐵氧體（Y3Fe12O12）的結(jié)合不僅產(chǎn)生了明顯的交換耦合行為和磁損耗能力，而且?guī)砹说湫偷慕殡姽舱瘛Ｒ虼?，這種三元BaFe12O19/Y3Fe12O12/PANI復(fù)合材料比二元BaFe12O19/PANI復(fù)合材料具有更好的微波吸收性能。第二種方法是，二元磁性導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料中引入一種新的介電組分，可以獲得輕質(zhì)電磁波吸收材料。劉晨宇[11]制備了MWCNT/Fe3O4/PANI/Au復(fù)合物，四種組分各自發(fā)揮作用又耦合在一起，增強了材料的最終吸波效果。

4 結(jié)論和展望

本文綜述了導(dǎo)電聚合物復(fù)合吸波材料的最新進展。導(dǎo)電聚合物與各種有機/無機材料復(fù)合得到的吸波材料得到廣泛研究，復(fù)合通常會產(chǎn)生明顯的協(xié)同效應(yīng)和互補行為，對電磁波吸收性能的提升具有重要意義。為了進一步提高入射電磁波的衰減，可以通過進一步加入磁性組分或介電組分來優(yōu)化導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的電磁性能。因此，設(shè)計多元復(fù)合材料正成為制備高性能電磁波吸收材料的焦點，為拓寬電磁波響應(yīng)帶寬做出了巨大貢獻。

雖然這些導(dǎo)電聚合物基復(fù)合材料已經(jīng)取得了重大進展，但與實際工業(yè)應(yīng)用的差距仍然存在，目前的復(fù)合材料不能滿足對電磁波吸收材料的特殊要求。首先，有效吸收時的頻率范圍仍小于預(yù)期帶寬;第二，低密度和負載量在實際應(yīng)用中非常重要，在保證功能的前提下，超輕添加劑的使用對于各種導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料是非常有意義的?？傊?，盡管導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的相關(guān)研究處于初始階段，但其在電磁波吸收材料領(lǐng)域具有巨大潛力和廣闊的應(yīng)用前景。

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