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电磁波干扰不但影响电子器件的正常运行,而且危害人体健康。采用高性能电磁屏蔽材料隔离辐射是保护电子器件和设备免受电磁干扰的有效方式。电导率是决定材料屏蔽效能的重要因素,因此高电导率的金属材料一直以来都是人们制备高性能屏蔽材料的首选。近年来,随着5G通讯技术和芯片制造技术的迅猛发展,电子元器件向小型化、轻薄化、高集成度和多功能化方向演变,这也对电磁屏蔽材料提出了更高的要求。传统的金属材料多为铜,铁,镍或铝合金等制成的金属框,金属片和筛网。然而,这些金属材料在电磁屏蔽领域的进一步应用受到其固有缺陷的限制,如高的密度、刚性大等问题。此外,对材料复杂的屏蔽机理缺少有效的研究手段。为此,我们从金属填料的选取、复合材料的结构设计、以及建模仿真等方面着手,解决金属材料在电磁屏蔽应用中所遇到的上述问题,制备了一系列轻质、柔性金属/聚合物电磁屏蔽复合材料,并采用建模仿真手段,探究其屏蔽机理。本论文一共包含五个章节,第一章为绪论,概述了电磁屏蔽的背景、机理以及材料屏蔽效能的测试方法,并且回顾了近年金属/聚合物电磁屏蔽材料的研究进展;第二章为实验部分,列举了在本论文中所使用到的试剂和仪器的基本信息;第三章,为实验章节,阐述了液态金属/纤维素纤维复合薄膜的制备过程,并对其力学、电磁屏蔽和可靠性等性能展开了深入的研究,同时采用建模仿真的手段,验证了复合薄膜的屏蔽机理;第四章,为实验章节,我们利用金属基油墨与聚合物基体的相容性,通过原位吸附并烧结的方法,成功制备了金属油墨/聚合物泡沫复合屏蔽材料,并对其力学性能、远场电磁屏蔽性能和近场屏蔽效能展开了深入讨论,同样采用建模仿真的手段,深入探究和验证了多孔复合材料的屏蔽机理;第五章为结论和展望,一方面总结了本论文的实验结果,另一方面对与本论文相关的未来研究方向提出了设想。本论文主要的实验研究内容如下:(1)液态金属/纳米纤维素纤维电磁屏蔽膜的制备及其电磁屏蔽性能液态金属(Liquid metal,LM)具有优异的导电性和易加工等优势,是制备高性能柔性电磁屏蔽材料的理想选择。然而,LM的表面张力大、加工过程中形成的绝缘氧化壳和高温下流动性难以控制等缺点,严重阻碍了其在电磁屏蔽领域中的应用。我们通过球磨分散、冷冻干燥和压缩成型等工艺,制备了柔性、稳定的LM/纤维素(Cellulose nanofiber,CNF)纳米纤维复合薄膜(LM/CNF)。在机械球磨分散的过程中LM被切割成小液滴,小液滴的表面因与氧气接触,迅速氧化生成绝缘的氧化壳(氧化镓)。最后,通过机械压缩的方法压裂LM液滴,流出的LM重新聚集形成了连续的导电路径。在实验中,纳米纤维素纤维起到了至关重要的作用,一方面与LM液滴结合,避免了制备过程中LM发生二次聚集,另一方面能限定LM/CNF复合薄膜中LM的流动,避免因LM泄露造成器件短路。LM/CNF-80wt.%复合薄膜的拉伸强度超过30 MPa,电导率高达96000 S/m,同时表现出优异的电磁屏蔽性能,在4-18 GHz频段内(C波段,X波段和Ku波段),厚度为300μm的复合薄膜的屏蔽效能超过65 d B。此外,LM/CNF薄膜在可靠性测试中,即使在高温环境下(120 ~oC)仍能展现出良好的结构稳定性和屏蔽性能可靠性。同时,我们利用ANSYS HFSS 2019 R2软件对LM/CNF复合薄膜进行建模仿真,直观地了解和验证复合薄膜的屏蔽机理。仿真结果表明,随着LM含量的增加,LM/CNF薄膜对入射电磁波的屏蔽能力在增强,并且对入射电磁波的损耗以反射损耗为主。本研究方案为获得柔性的高性能电磁屏蔽材料提供了新的思路,并为LM应用在电磁辐射器件的屏蔽保护中铺平了道路。(2)金属油墨/聚合物泡沫复合材料的结构设计及其电磁屏蔽性能金属/聚合物泡沫复合材料具有轻质、柔性、可压缩性、电磁屏蔽效能(EMI SE)高等优点,因此被广泛应用于器件的电磁屏蔽保护,特别常用于是航空航天和高密度板级封装领域。然而,传统的金属/聚合物复合泡沫制备技术主要包括化学镀和电镀,存在污染大、生产工艺复杂、成本高的严重问题。因此,迫切需要开发一种步骤简单、无污染、能低温烧结的制备方法。因此,我们通过在改性的三聚氰胺(Melamine,ME)泡沫表面,以原位烧结金属有机分解(Metal organic decomposition,MOD)油墨的方式,形成了具有连续的三维导电网络的金属/聚合物泡沫。获得的银包覆三聚氰胺(Ag@ME)泡沫电导率高达163.5 S/m,在8.2-40 GHz宽频段内(X波段,Ku波段,K波段和Ka波段),厚度为5 mm的Ag@ME-2.03 vol%泡沫的EMI SE高达63 d B。同时,Ag@ME-2.03 vol%泡沫具有出色的近场屏蔽效能,6 mm的复合泡沫(2.03 vol%)可以将泄露的近场电磁辐射强度从-18 d B降低到-65 d B。此外,我们通过CST软件对多孔金属/聚合物泡沫进行建模仿真,生动形象地描述了在矩形波导测试中(X波段),材料的厚度变化和电导率的变化对辐射电磁波传输效果的影响。从仿真结果我们可以发现,具有多孔结构的Ag@ME泡沫复合材料对入射电磁波的屏蔽损耗仍是以反射损耗为主,这一点与矢量网络分析仪的测试结果是一致的。随着对低成本、绿色环保和无污染等要求的日益提高,我们采用的在聚合物泡沫基底上原位烧结MOD油墨方法,可能会成为制备金属/聚合物泡沫复合材料的下一个候选方法。