多伦多大学Park教授：高效能电磁波屏蔽材料-双层泡沫/薄膜高分子纳米复合材料

3. 通过调整填充比例和吸收层发泡倍率，纳米复合材料提供了超低电磁波反射系数，同时具备了高效的电磁波屏蔽效能。

首先将被PDDA水溶液处理后的SiC纳米线与MXene (Ti₃C₂Tₓ)纳米片在DMF溶液中通过静电组装耦合，并加入PVDF在DMF中搅拌均匀，之后通过水相分离和热压获得上层吸收层。然后将MWCNT，GNPs和PVDF加入DMF溶液搅拌均匀，之后通过水相分离和热压获得下层反射层。将吸收层和反射层热压在一起后，居于两种PVDF的晶体熔点差，通过超临界发泡，可成功构建双层泡沫/薄膜PVDF纳米复合材料。制备过程如图1所示。

制备的异质界面结构与表征如图2a, b所示：柔软的MXene纳米片包裹缠绕在SiC纳米线周围，有助于构建导电网络和提供电磁波环境中的界面极化作用。XRD图证明了MXene和SiC存在于PVDF复合材料中。此外，如图2c, f所示，在热压与超临界发泡，SiCnw和MXene的异质结面结构仍然存在于PVDF泡沫中。

通过图3a，SEM图和Si素分布图，证明了双层泡沫/薄膜结构的成功构建。泡沫层与薄膜层之间有一层清晰的界面，Si元素分布在上层吸收层中。图3b表明，超临界发泡过程中，泡孔会在填料和高分子的界面生成，泡孔生长后，SiC纳米线分布在泡孔周围。

III 双层泡沫/薄膜PVDF纳米复合材料的电磁屏蔽性能

如图4a-d所示单独的SiC纳米线(30 wt% SiCnw)作为吸波层填料，由于其自身局限性，显示出了较差的吸波能力，在1.05 mm 的吸波层厚度下仅展现出2.1 GHz (R<0.1)的低反射带宽，峰值SE_R仅达到0.29 dB。当引入超临界发泡后，如图4e-h，在45%的空隙率下，通过泡孔调整阻抗匹配，并通过电磁波在泡孔内反射和衍射，材料的吸波能力的有了明显提升，在1.9 mm的吸波层厚度下展现出2.5 GHz (R<0.1)的低反射带宽，峰值SE_R达到了0.03 dB。然而当空隙率从45%增加到55%以后，如图4i-l，过大的空隙率降低了吸收层的电磁波吸收能力。

如图5，通过引入MXene，SiC纳米线和MXene纳米片(30 wt% SiCnw@MXene 7:1)作为吸波层填料，显示出了显著增加的吸波能力。如图5a-d所示，在45%的空隙率下，吸波层在1.45 mm的厚度下，展现出了3.1 GHz的低反射带宽，峰值达到了。当空隙率从45%增加到65%，展现出了4.0 GHz的低反射带宽，且峰值SE_R达到了3.1×10⁻⁴ dB (图5i-l)。

图4. 双层泡沫/薄膜PVDF纳米复合材料(30 wt% SiCnw)的电磁屏蔽性能：(a) 反射效能SE_R；(b) 反射系数R；(c) 平均反射效能和屏蔽效能；(d) 低反射带宽和SE_R峰值。空隙率的变化(a-d) VF：0%；(e-h) VF：45%；(i-h) VF:55%。

图5. 双层泡沫/薄膜PVDF纳米复合材料(30 wt% SiCnw@MXene 7:1)的电磁屏蔽性能：(a) 反射效能SE_R；(b) 反射系数R；(c) 平均反射效能和屏蔽效能；(d) 低反射带宽和SE_R峰值。空隙率的变化(a-d) VF：45%；(e-h) VF：55%；(i-h) VF：65%。

IV 双层泡沫/薄膜PVDF纳米复合材料的电磁屏蔽机理

图6. 双层泡沫/薄膜PVDF纳米复合材料的电磁屏蔽机理示意图。