随着无线通信技术和电子设备的飞速发展，尤其对于高端通信设备、飞行器和水面舰艇等装备，为响应和适应快速变化的复杂电磁环境，迫切需要能够同时满足对电磁波透波和屏蔽的多功能复合材料和结构。尽管目前已经报道了很多具有优异性能的电磁屏蔽复合材料，但是制造一种屏蔽材料或结构同时满足通信过程中电磁波的屏蔽和透波，且能够对屏蔽性能进行可控调节，仍然是一项巨大挑战。
为了解决上述问题，河北工业大学殷福星教授团队的袁野教授和苑文静副研究员等提出了电磁屏蔽开关的概念（Electromagnetic Interferences Shielding Switch），并初步制备了一种性能可控的电磁屏蔽开关复合结构，初步验证一种材料可以同时实现电磁波屏蔽和透波功能。该电磁屏蔽开关复合结构由MXene /三聚氰胺海绵和3D打印透波树脂基底组成，初步研究表明，电磁屏蔽开关复合结构通过简单的机械位移可以在S波段实现以吸收损耗为主电磁屏蔽效果，电磁屏蔽效能可以自由的从〜0 dB调节到〜43.1 dB，从而在一种材料中同时实现电磁波透波和屏蔽两种功能。
图1 电磁屏蔽开关复合结构的制备过程示意图。
该电磁屏蔽开关复合结构（3DMMS）的典型工作原理如图2所示。每个开关是由两个单元组成。每个单元由多个导电的MXene/三聚氰胺海绵（MMS）和透波绝缘的树脂基底两种基本单元组成。优异的电学性能使得复合海绵对电磁波具有优异的屏蔽吸收作用，因此MMS形成以吸收为主的电磁屏蔽路径，而3D打印的树脂则提供了透波路径。在调控电磁波屏蔽或者透波的过程中，只需通过更改一个开关单元的位移（水平方向或垂直方向）并同时固定另一个单元即可满足。
图2 电磁屏蔽开关复合结构对电磁波屏蔽和透过调控的效果。
图3给出了电磁屏蔽开关复合结构的电磁屏蔽测试结果与电磁仿真结果对比。电磁屏蔽开关复合结构控制过程中，除了宏观物理尺寸的变化外，MMS中导电网络的微观结构也随着变形而发生了变化。而在建模过程中为简化模型则忽略了MMS中的微观结构变化。因此，仿真结果与实际测试电磁屏蔽效能数据显示出一些差异。
图3 电磁屏蔽开关复合结构的电磁仿真结果与实际测试结果对比
相关研究成果“Conductive MXene/melamine sponge combined with 3D printing resin base prepared as an electromagnetic interferences shielding switch”近期发表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing上。该项目受到国家自然科学基金、JCJQ项目和装备预研重点实验室基金等项目资助。
文章链接：Yuan, W.; Liu, H.*; Wang, X.; Huang, L.*; Yin, F.; Yuan, Y.*, Conductive MXene/melamine sponge combined with 3D printing resin base prepared as an electromagnetic interferences shielding switch. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2021, 143, 106238.
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2020.106238
相关进展
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