在 5G 及 6G 通信技术高速发展的背景下，电磁污染问题日益凸显，对高性能电磁干扰（EMI）屏蔽材料的需求愈发迫切。理想的屏蔽材料需兼具轻质、柔性、高导电性、卓越机械性能以及可靠的环境稳定性。芳纶（聚对苯二甲酰对苯二胺）纤维增强复合材料凭借其出色的比强度和耐热性，已广泛应用于航空航天电子领域，并展现出实现高效 EMI 屏蔽的需求。然而，芳纶纤维固有的化学惰性导致其在 EMI 屏蔽涂层与纤维基体间难以形成牢固的界面结合力，严重制约了其实际应用。传统的化学蚀刻方法虽可在高分子纤维表面引入活性位点以促进金属颗粒附着，但往往不可逆地损害纤维的固有机械强度。为突破这一瓶颈，本研究引入了一种非破坏性的π-π 共轭表面修饰策略。该技术在不损伤纤维本体结构的前提下，于惰性纤维表面高效构筑活性位点，进而实现了均匀、可控的金属涂层沉积。
本工作制备了一种基于π-π共轭界面工程的铜/镍双金属化芳纶纤维复合材料（PVB-Cu/Ni@AF），并用于极端环境电磁屏蔽领域。该材料通过单宁酸（TA）在芳纶纤维表面构建非破坏性π-π锚定层，实现钯催化位点的高效负载，进而诱导均匀化学镀沉积铜/镍双金属涂层。特别地，π-π修饰在保留纤维固有机械强度（1.47 GPa）的同时，解决了传统酸蚀法导致的力学性能劣化问题。PVB封装层通过界面氢键强化复合材料的环境稳定性，使其在强酸（pH 2）、强碱（pH 14）、水浸（15天）及高温（50℃）条件下仍维持>78 dB的电磁屏蔽效能。双金属异质界面协同效应使材料在X波段（8.2–12.4 GHz）实现91.9 dB的超高屏蔽效能，并通过CST微波仿真验证其在1.09 m×0.66 m雷达罩模型中达到80.68 dB的工程适用性（远超军用60 dB标准）。因此，该复合材料在航空航天雷达罩、舰载电子防护系统及通信基站等领域具有广阔应用前景。
图1 PVB-Cu/Ni@AF制备工艺示意图.
图2 不同纤维的SEM图像及相应的元素分布。(a)AF，(b) Ni@AF，(c) Cu@AF ，(d) PVB-Ni / Cu@AF， (e) PVB-Cu / Ni@AF.
图3 AF、TA-AF、PVB-Ni/Cu@AF和PVB-Cu/Ni@AF的(a)FTIR光谱和(b)拉曼光谱，(c)AF、PVB-Ni/Cu@AF和PVB-Cu/Ni@AF的XRD谱图，(d) AF的C 1s XPS精细谱，(e) TA-AF的C 1s XPS精细谱，PVB-Ni/Cu@AF的(f)Ni 2p和(g)Cu 2p XPS精细谱，PVB-Cu/Ni@AF的(h) Ni 2p, (i)Cu 2p XPS精细谱。
图4 (a) AF、Ni@AF、Cu@AF、Cu/Ni@AF和Ni/Cu@AF的应力应变曲线。(b) AF、Ni@AF、Cu@AF、Cu/Ni@AF和Ni/Cu@AF的抗拉强度
图5 (a) EMI SE, (b)平均SER， SEA和SET， (c) Ni@AF, Cu@AF, Cu/Ni@AF, Ni/Cu@AF， PVB-Cu/Ni@AF和PVB-Ni/Cu@AF织物的电导率，(d)碱性，(e)酸，(f)氧化和(g)浸泡处理的典型样品的EMI SE，(h)典型样品的平均SET.
图6 PVB-Cu/Ni@AF织物电磁屏蔽机理示意图
图7 (a)天线罩三维模型，(b)电磁屏蔽效能，(c) 10 GHz时天线罩电场分布，(d) 10 GHz时天线罩截面电场分布.
相关研究成果以“Enhanced electroless metallization of aramid fibers via non-destructive π–π surface engineering for EMI shielding”为题发表在Composites Science and Technology（2025, 10.1016/j.compscitech.2025.111236）期刊上。西北工业大学材料科学与工程学院博士研究生张天一为第一作者，西北工业大学刘旭庆教授、叶谦副教授和西安科技大学曹乐副教授为共同通讯作者。此研究工作得到国家自然科学基金、陕西省科技创新团队的资助支持。
论文链接
https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2025.111236
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