随着电子技术的快速发展，电子元件呈现高度堆叠的趋势，虽然为微型电子设备提供了密集计算和通信功能的可能性，但同时也增加了对电磁辐射的敏感性，导致信号串扰，限制了设备的性能。聚合物基电磁屏蔽材料(PEMSM)以聚合物作为基体，通过添加碳材料、金属、无机非金属材料等功能填料，既有聚合物重量轻、可加工性强的优势，又赋予了其可调的导电性或/和导磁性，在电磁屏蔽材料领域得到了广泛应用。而为了更好地发挥聚合物基电磁屏蔽材料的电磁屏蔽效应，填料作为提供电磁屏蔽效益的关键组分，其改性也成为了关注的热点。

为什么要对聚合物基磁屏蔽材料的填料进行改性？

电磁屏蔽材料的原理是通过将电磁波转换为热能或其它形式的能量实现对入射电磁波的有效吸收，基于传输线理论的S.A.Schelkunoff提出的电磁屏蔽理论,电磁损耗通常为电磁波的表面反射损耗（SER）、屏蔽材料内部的吸收损耗、屏蔽材料的多重反射损耗（SEM）的总和，其中吸收损耗除了受入射电磁波的影响，还与屏蔽材料的厚度、频率、电导率和磁导率等有关，高导电性材料可以通过与电场的相互作用来吸收电磁波，而高磁导率材料对电磁波的衰减主要来自共振和磁滞损耗，因此可通过在填料表面包覆或接枝化学组成不同的覆盖层，提高复合材料的电导率、磁导率来提升材料的电磁屏蔽效果。除此之外，复合材料的电磁屏蔽效益还受到材料间界面相容性的影响，通过对填料表面进行合理的表面处理，可改善两者间的界面相容性，促进填料的分散，增强了界面黏结，提高材料的综合性能。

电磁屏蔽原理（来源：参考文献2）

如何对填料改性？

目前，针对聚合物基电磁屏蔽材料中功能填料的表面修饰方法包括化学镀、表面炭化、表面包覆聚合物、表面生长金属有机骨架（MOF）、表面枝接等方式。

1、化学镀

化学镀是指将填料粗化、敏化或活化处理后，置于含有某种金属离子的溶液中，然后通过向体系内加入还原剂，使金属离子在填料表面均匀沉积形成致密的金属镀层，从而使填料获得导电或导磁性或进一步提高其导电性的方法。通常为了获得较好的电磁屏蔽性能，可在填料表面镀上银、铜以及铁磁性颗粒等。

（1）镀银：金属银的电导率高达6.30×10⁷S/m，镀银能够赋予复合材料优异导电性能，增强材料对电磁波的电导损耗和介电损耗能力，通常镀银时，常以硝酸银溶液为银离子来源。

填料表面镀银（来源；参考文献3）

镀铜：铜的电导率虽不及银，为5.8×10⁷S/m，但有着原料价格低的优势，且铜镀层致密，依旧能为PEMSM带来很好的电磁屏蔽效应，是填料表面金属化常用的元素之一，常采用五水合硫酸铜是常用的铜离子来源。

（2）镀磁性金属：电磁损耗效益除了与填料的电导率有关，也与磁导率有关。虽然镀银和镀铜能提升复合材料的导电能力，能够在电导损耗、介电损耗方面有所贡献，但单一的电阻型损耗机制不足以大幅提升材料的的电磁屏蔽效能(SE)。在填料表面施镀磁性金属，不仅可以如施镀其他金属一样提升其导电性，而且还能够赋予复合材料的磁性，从而产生磁损耗，丰富电磁波的能量损耗形式。

化学镀的优点是不需要电源、离子利用率高，镀层均匀、且孔隙率低，但离子沉积速度慢、对能源的消耗和废液污染环境问题是仍有待改进的方面。

2、表面炭化

石墨是一种由碳原子通过共价键形成的层状结构，每层之间可以自由移动的电子，使得石墨具有良好的导电性。因此在填料表面包覆一层致密的石墨层，可以提高复合材料的导电能力，从而有效提升材料的电磁屏蔽能力。该方法以在非金属填料表面进行修饰最为常见，目前主要有化学气相沉积、包覆聚合物后煅烧炭化等方式实现。

（1）化学气相沉积

化学气相沉积通常是将乙炔气体注入真空反应腔内，并加热到一定温度温度，使得前驱体气体在气固界面进行化学反应而生成固体沉积层。利用该技术，涂层与基材结合持久，在高应力环境下仍然保持稳定，但对设备要求较高。

（2）包覆聚合物后煅烧炭化：作为碳水化合物，聚合物具有充足的碳源。在填料表面先包覆一层聚合物，再通过高温煅烧，使聚合物热解以得到均匀的表面炭化层。相比化学气相沉积法，该方法简便易行，填料表面的石墨化炭层分布均匀，对电磁波的损耗有显著效果，但这一过程需消耗大量能量。

3、表面包覆聚合物

原位聚合生成聚合物壳层是将填料分散至含有单体的溶液中，再加入引发剂使其发生聚合反应，最终在填料表面形成聚合物包覆层，具有无需进行热加工，可避免热降解的发生，同时不会破坏填料的优势。通常包覆的材料有聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）等导电聚合物和聚多巴胺。

（1）包覆导电聚合物：该方式既可通过降低填料与基体间的界面能，提升两者结合强度，也可以发挥导电高分子自身的电导优势，提升电磁屏蔽材料性能。

原位聚合PPy@石墨烯纳米复合材料的微波屏蔽机理示意图

（2）包覆聚多巴胺：聚多巴胺的包覆可利用多巴胺在潮湿有氧的碱性环境下会发生自聚合反应实现。聚多巴胺可以利用结构中的酚羟基和氨基基团还可以发生二次反应，吸附金属粒子，并成为催化活性中心，随后加入强还原剂后可继续促进金属离子还原并形成金属壳层。

α-Fe₂O₃表面自聚生成PDA（来源：参考文献3）

4、表面生长金属有机骨架

金属有机骨架（MOF）是通过化学配位合成的一类晶体聚合物，综合了高孔隙率、高比表面积等特点。利用原位合成法可以在填料表面生长MOF，最终通过高温使MOF分解生成多孔碳和金属及金属氧化物颗粒。由于MOF具有多孔拓扑结构，可有效增强多重反射损耗及磁损耗，获得衰减电磁波的能力，除此之外，金属本身具有的导电性能也可以增强材料对电磁波的电导损耗和介电损耗能力，呈现出很好的电磁屏蔽/吸波效果。

不过该方法也存在高温炭化热解过程需消耗大量能量的劣势，且由于制备过程复杂、成本高等因素，使其目前仍处于实验室研究阶段。

5、表面枝接

表面枝接是一种常见的表面改性技术，是指通过液相单体在固态填料表面进行的非均相接技反应，在粉体表面引入功能性分子或活性基团的过程。这些功能性分子或活性基团可以改变粉体表面的化学性质，从而改善粉体的分散性、相容性，增强界面黏结，提升聚合物基电磁屏蔽材料的综合性能。

表面接枝改性的优势在于其仅改变了填料表面的化学性质，却未改变其本质性质，为填料的多功能化提供了更多的可能性，但在改性时，需要根据功能和填料本身性质，选择合适的枝接方法和功能性基团，实现对粉体表面的精准改性。

参考文献：

1、王庆宇,温变英.功能填料表面修饰对聚合物基复合材料电磁屏蔽性能影响研究进展[J].高分子材料科学与工程.

2、占晓,谭妍妍,杜婧羽,等.改性碳系填料填充聚合物基电磁屏蔽复合材料的研究进展[J].高分子材料科学与工程.

3、李倩.磁性纳米粒子的多巴胺仿生修饰及金属化的研究[D].北京:北京化工大学.

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