随着5G移动通讯等先进通讯技术的迅猛发展，寻求轻质、高效、性能稳定的新型电磁屏蔽材料已成为下一代高功率电子设备获得安全可靠电磁防护最为紧迫的需求。理想的电磁屏蔽材料应当能够在提供高效电磁防护的同时有效应对烧蚀、磨损以及溶剂侵袭等复杂工作环境。而当前普遍以易于熔融或溶解的通用聚合物为基体制备得到的导电聚合物复合材料（CPCs）通常表现出较低的机械强度和热稳定性、较差的耐腐蚀能力和极低的耐火安全性，将其作为电磁屏蔽材料使用仍难以在严苛工作环境下为设备提供稳定、可靠的电磁防护。开发一种在高性能工程树脂基体中构建3D导电网络来制备多功能CPC屏蔽材料的新方法仍然面临极大挑战。

图1 Ag/PPS复合材料结构及多功能特性示意图

  近日，中北大学段宏基、杨雅琦课题组基于银-硫配位反应诱导原位界面增强策略在特种工程塑料聚苯硫醚（PPS）基体中构筑高效三维银导电网络，实现了高性能树脂基电磁屏蔽复合材料的功能化集成。通过纳米银颗粒包覆PPS粒子核-壳结构前驱粒子设计及热压成型手段，利用PPS主链硫原子与银层中银离子的银-硫（Ag-S）配位反应原位诱导了PPS基体与三维银网络间极强的界面作用，成功获得了兼具优异电磁屏蔽性能、良好导热、阻燃及耐磨等特性的Ag/PPS多功能复合材料（图1）。银在极低含量下（1.48 vol％）即可形成完善的3D网络结构，复合材料的电导率超过88000 S/m，X波段平均屏蔽效能接近90 dB，热导率可达1.15 W/m·K，有望满足集成化高散热大型电子器件对电磁屏蔽防护材料的使用要求（图2）。

图2 不同Ag含量下Ag/PPS复合材料的电导率(a), 电磁屏蔽效能(b), SEA, SER和SET值(c), 以及加热和冷却时的红外热成像图片。

  Ag/PPS良好的界面结合有效保护了复合材料中的三维银网络，在强酸、强碱及各种常用有机溶剂中浸泡10小时后复合材料电导率和屏蔽性能几乎不变，表现出优异的屏蔽稳定性和耐溶剂性；对材料进行火焰烧蚀后其外观和尺寸基本不变，屏蔽效能仍能保持在73.7 dB，具有出色的阻燃性能和耐火焰侵蚀屏蔽稳定性。Ag的引入同时赋予了复合材料优异的减磨耐磨特性和抗菌性能（图3）。该工作提供了在高性能树脂基体中实现导电网络设计与控制的简单易行的方法，为高性能电磁屏蔽复合材料的功能化设计与集成提供了新策略。

图3 (a) Ag/PPS复合材料耐溶剂实验前后的电磁屏蔽效能，(b)复合材料的耐火焰烧蚀屏蔽稳定性, (c) 复合材料抗菌实验光学照片。

  该研究成果近日以“Multifunctional and corrosion resistant poly(phenylene sulfide)/Ag composites for electromagnetic interference shielding”为题发表在《Chemical Engineering Journal》杂志上。论文第一作者为中北大学材料科学与工程学院硕士研究生任威，共同通讯作者为中北大学段宏基副教授和杨雅琦副教授。研究工作得到四川大学杨杰教授、李忠明教授、鄢定祥研究员的大力支持和帮助。

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129052