电磁屏蔽用聚合物基碳纳米复合材料的构筑*

崔 健，郑圆圆，王利兵，赵 帅

(青岛科技大学 橡塑材料与工程教育部重点实验室&山东省橡塑材料与工程重点实验室，高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042)

0 引 言

随着手机、电脑等电子设备的普及，电磁波作为信息传递的载体，涉及到人类生活的各个方面，这些电子设备给我们带来方便快捷的同时，也带来了诸多负面问题如电磁干扰、电磁泄密和电磁污染等，严重影响了电子设备的正常工作、信息安全和人类健康[1-3]。为了避免电磁波带来的负面影响，高性能电磁屏蔽材料受到人们的广泛关注[4]。一般来说，电磁屏蔽材料通过电损耗、介电损耗和磁损耗等形式来反射或吸收入射电磁波的强度。高导电性的金属材料是首选材料，但是由于其高密度、易腐蚀和加工困难，限制了金属在电磁屏蔽领域的应用。相比之下，聚合物基碳纳米复合材料具有优异的导电性、耐腐蚀性、低密度、高比表面积以及优异的化学稳定性、热稳定性和机械稳定性等优点，克服了金属材料的缺点，能够更好地满足航空航天、电子通讯等领域的需求，在电磁屏蔽领域表现出巨大的优势[5-9]。目前，聚合物基碳纳米复合材料的制备方法很多，如熔融共混法、溶液共混法、原位聚合法、隔离结构法、微孔发泡法、回填法等。

传统的制备工艺如熔融共混法、溶液共混法等，碳填料在聚合物基体中随机分布，要想形成导电三维网络需要较高填充量的碳填料。但是，当填充量增大时，会导致填料严重的团聚和增加成本，还会降低复合材料的力学性能和加工性能。近年来，许多研究者通过回填法完美解决了传统工艺所带来的一系列问题，回填法类似于钢筋混凝土材料的制备过程，首先通过自组装[10]、模板法[1]等方法制备三维导电填料骨架，然后通过抽真空或浸渍的方法，在保证不破坏三维骨架的前提下，将聚合物基体回填到骨架中制备的聚合物基复合材料。此方法可以减少填料在复合材料中形成导电网络的用量，且三维网络可以作为基体增强骨架，增加其力学性能。本文重点介绍了通过回填法制备高效电磁屏蔽聚合物基碳纳米复合材料的进展[11-12]，以便相关研究者了解该领域，并对该领域未来发展方向进行了展望。

1 电磁屏蔽机理

电磁屏蔽就是电磁波在传播过程中被导电或导磁材料反射或吸收所造成的能量衰减，通常以屏蔽效能(SE)表示[13]。将电磁波入射波和透射波能量或场的比值称为材料的总电磁屏蔽效能(SEtotal)，用公式(1)表示：

(1)

其中I和PT、EI和ET、HI和HT分别表示入射波和透射波的功率、电场、磁场。根据Schelkunoff电磁屏蔽理论[14]，当电磁波撞击电磁屏蔽材料时，有三种衰减机理，如图1所示：1)反射损耗(R)，即入射波在材料表面被反射；2)吸收损耗(A)，即入射波穿过材料表面进入材料内部；3)多次反射损耗(B)，即入射波在材料内部通过多次反射转化成热量而被衰减，用公式(2)，(3)，(4)表示：

图1 电磁波屏蔽原理[15]

(2)

(3)

(4)

其中，PR代表反射功率，PA代表有效吸收功率。

同时可以计算反射损耗(SER)和吸收损耗(SEA)，用公式(5)，(6)表示：

SER=-10log(1-R)

(5)

(6)

SEtotal包括SER、SEA和多次反射(SEM)。当SEtotal>15 dB时，可以忽略多次反射。因此，可以使用公式(7)表示：

SEtotal=SER+SEA+SEM≈SER+SEA

(7)

SER和SEA还可以用公式(8)和(9)表示：

(8)

(9)

其中，μ0、ε0分别是真空磁导率和介电常数(μ0=8.854×10-12F/m、ε0=4π×10-7H/m)；μ、σ分别是材料的磁导率和电导率。

2 聚合物基碳纳米复合材料的制备方法

聚合物基碳纳米复合材料具有易加工、密度小、成本低、力学性能稳定等特点，在各行中具有潜在的应用前景[16-17]。制备高电磁屏蔽性能聚合物基碳纳米复合材料的方法有熔融共混法、溶液共混法、原位聚合法、隔离结构法、微孔发泡法、回填法等[18-21]。聚合物基碳纳米复合材料制备方法的不同会影响碳材料在基体中分散情况以及界面间的相容性，从而对电磁屏蔽性能起着至关重要的影响[22-23]。除此之外，为了进一步提高复合材料的电磁屏蔽性能还添加了一些磁性材料和介电材料(如Fe3O4、ZnO等)[24]。

2.1 溶液共混法

溶液共混法是将聚合物溶解在适当的溶剂中，然后加入导电填料，通过搅拌或超声等方式使填料均匀分散在聚合物溶液里，挥发除去溶剂，从而获得复合材料。在低粘度的溶液状态下，使填料和基体充分混合，碳纳米填料在基体中分散更加均匀。

该方法在制备聚合物基碳纳米复合材料方面具有广泛的应用，如Zhang等[25]采用溶液共混法制备石墨烯(GR)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料，首先将GR通过超声作用均匀分散在二氯甲烷中，再将悬浮液与PMMA机械搅拌4 h，真空挥发溶剂。溶剂完全蒸发后，在200 ℃、10 MPa条件下热压成型得到GR/PMMA复合材料。当GR填料含量为4.2%时，GR/PMMA复合材料的电磁屏蔽效能为30 dB。Bansala等[26]采用溶液共混法制备化学还原石墨烯(CRG)/热塑性聚氨酯(TPU)和热还原石墨烯(TRG)/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料。当TRG和CRG的含量为10%(质量分数)时，TPU/TRG和TPU/CRG复合材料(厚度为2 mm)的电磁屏蔽效能分别为29.8和11.4 dB。Jasna等[27]采用溶液共混法制备了聚乙烯醇(PVA)/聚(3，4-乙二氧基噻吩)：聚苯乙烯磺酸盐/多壁碳纳米管(PVA/PEDOT：PSS/MWCNT)复合膜。PEDOT：PSS附着在MWCNT表面，作为表面活性剂最大限度地减少MWCNT在聚合物基体中的团聚，使其均匀分散形成互联的导电网络，从而制备出较低填料含量的高电磁屏蔽复合膜。当复合材料的MWCNT含量为0.5%，厚度为20 μm时，PVA/PEDOT：PSS/MWCNT复合膜的电磁屏蔽值为60 dB，使其在柔性屏蔽材料领域脱颖而出。

虽然溶液共混具有很多优势，但是该方法还存在一些缺点：很多聚合物基体在溶剂中只溶胀不溶解，限制了其应用范围；在制备均匀分散的理想溶液时需要大量的溶剂，造成大量的污染和浪费，限制了其工业化生产，只能局限于实验室使用。挥发溶剂耗时长，且溶剂处理过程中易产生空穴，使材料的力学性能下降。

2.2 熔融共混法

熔融共混法就是将共混所需的聚合物组分加热到它们的黏流温度以上，用混合设备将其与填料均匀混合制备均匀共熔体，然后通过一定的成型工艺制备出复合材料。此方法与溶液共混法相比，没有引入大量溶剂，对原料的要求不高且操作简单。

该方法在工业中应用较为广泛，如Bizhani等[28]采用熔融共混法制备低含量MWCNT/聚碳酸酯(PC)/聚苯乙烯-丙烯腈(SAN)60/40共混体系屏蔽材料。将PC与MWCNT通过密炼机在260 ℃、90 r/min混合均匀，再加入SAN在相同的条件下机械共混10 min，在20 MPa下进行压制成型，得到MWCNT/PC/SAN复合材料。当厚度为10 mm，MWCNT填料量为1%的MWCNT/PC/SAN复合材料的电导率和电磁屏蔽分别为0.0834 S·cm-1和25～29 dB。Bertolini等[29]以TPU为基体，聚吡咯改性炭黑(CB-PPy)和碳纳米管(CNT)为填料，采用熔融共混法成功制备了TPU/CB-PPy、TPU/CNT和TPU/CB-PPy/CNT导电聚合物复合材料。与纯TPU相比，当TPU/CNT复合材料中CNT含量为3%，TPU/CB-PPy复合材料中CB-PPy含量为15%时，其复合材料的电导率提高了12个数量级，电磁屏蔽值也达到商业要求(20 dB)。

熔融共混法所需的温度较高，可能会导致基体材料降解。热压成型时容易产生气泡，因此影响其复合材料的力学性能。在制备过程中材料的粘度较大，不利于填料在基体中的分散，而且填料在整个基体中随机分布，因此需要较高的填料量才能在整个基体中形成互联的导电网络。

2.3 原位聚合法

原位聚合就是碳纳米填料与单体混合，通过添加引发剂或固化剂进行聚合得到聚合物基碳纳米复合材料，因为碳纳米填料与基体之间可以实现良好的界面结合，所以该方法是传统制备聚合物基碳纳米复合材料方法中主要的制备方法之一。此方法中，在液体预聚合溶液状态下，利用超声波或微波可以改善碳纳米填料(石墨烯、碳纳米管、碳纤维等)在基体中的分散状态，再通过引发剂引发聚合可以避免再次团聚，有利于得到在整个基体中均匀分散的聚合物基碳纳米复合材料。

Li等[30]采用原位聚合法制备了具有闭孔结构的(MWCNT/Fe3O4/酚醛泡沫PF)复合材料。当复合材料(厚度为2 mm)中MWCNT含量为2%，Fe3O4含量为7%时,在8-12 GHz处的电磁屏蔽值为34 dB。在此基础上，采用高温热处理法制备了开孔结构的炭化-MWCNT/Fe3O4/PF复合材料在8.2～12.4 GHz处的电磁屏蔽值最高为62 dB。Chhetri等[31]将Fe3O4固定在氮掺杂的还原氧化物石墨烯(Fe3O4@N-rGO)上，将得到的Fe3O4@N-rGO杂化材料通过搅拌均匀分散在环氧树脂中，加入固化剂原位固化成型，其得到的复合材料(厚度为1 mm)的导电率和电磁干扰屏蔽分别为1.31 S/m和-26 dB。该方法不含任何的有机溶剂，不会造成大量的污染和浪费。Cheng等[32]采用原位聚合法制备了具有良好电磁屏蔽效果的柔性 GR/聚苯胺(PANI)/聚酰亚胺(PI)复合膜。将GR和苯胺单体分散去离子水中，加入引发剂引发原位聚合得到GR/PANI复合材料，再将得到的复合材料分散在N，N-二甲基甲酰胺中，加入均苯四甲酸二酐和4，4’-二氨基二苯醚通过搅拌混合均匀，涂覆在玻璃板上得到GR/PANI/PI复合材料。当GR/PANI(质量比为10∶1)为40%时，其GR/PANI/PI复合材料的电导率最高可达2.1±0.1 S·cm-1，是相同载荷下GR/PI薄膜的1.45倍，总电磁屏蔽效能和电磁屏蔽密度值(SSE)值分别为21.3 dB和4 096.2 dB·cm3·g-1。

原位聚合可以避免熔融过程中强剪切力对基体和填料的破坏，还可以避免使用大量的溶剂。原位聚合法具有很多优点，同时还存在着一些缺点。通过此方法制备的复合材料密度大和以反射为主的电磁屏蔽性能，很难满足新型电磁屏蔽材料的要求，而且超声时间、功率和方式(探头超声或浴超声)都影响着填料在基体中的分布情况，导致材料制备工艺复杂。为了避免原位聚合这种传统制备工艺的缺点，很多研究者开发新型的聚合物复合材料制备方法。

2.4 微孔发泡法

理想的电磁屏蔽材料要求吸收屏蔽能力强、频带宽，质量轻和稳定性好等特点。传统聚合物复合材料的制备工艺已经无法满足人们对理想电磁屏蔽材料的要求，为了满足新型电磁屏蔽的要求，科学家们研究出新的制备工艺如微孔发泡的方式，来制备轻质、多孔、以吸收为主的新型电磁屏蔽材料。发泡法有化学发泡剂法、冷冻干燥法、超临界CO2发泡法等。

罗霞等[33]以碳纤维为填料，酚醛树脂为基体，经过高温碳化制备碳纤维/酚醛树脂基碳泡沫。碳纤维在基体中形成导电网络，提高材料的导电性，从而提高电磁屏蔽效能。当碳纤维含量为5%时，碳纤维/酚醛树脂基碳泡沫的电磁屏蔽效能为35 dB。Zeng等[34]利用 MWCNT和水性聚氨酯(WPU)的水溶液，通过冷冻干燥制备了一种轻质、多孔的MWCNT/WPU复合材料。其复合材料在X波段的电磁屏蔽值超过50 dB，电磁屏蔽密度(SSE)可达1 148 dB·cm3·g-1。其超高的电磁屏蔽性能归因于MWCNT含量、多孔结构以及MWCNT与WPU基体之间的极化作用。除了传统的化学和物理发泡剂和冷冻干燥法，很多研究者开发了一种廉价的超临界二氧化碳发泡的发泡方法。Thomassin等[35]采用超临界CO2发泡法制备了MWNT/聚己内酯(PCL)复合材料。当MWNT的含量为0.25%时，在发泡时其屏蔽效率高达60～80 dB。在较低的体积分数下，具有较高的电磁屏蔽性能，且比未发泡材料的吸收屏蔽效能要高。碳纳米管在基体中导电网络的连续性，可以降低逾渗阈值。多孔材料的表面电导率通常小于非多孔材料，这大大改善了空气/表面界面的阻抗匹配，从而减少了电磁波从空气/气凝胶界面的反射，有利于电磁波穿透材料内部并通过材料内部多孔结构的反射被吸收。

微孔发泡可以制备轻质、以吸收为主的电磁屏蔽材料，但是制备过程中会释放大量的CO2从而污染环境，而且填料随机分布在基体中，仍需要大量的填料才能形成互联网络。增大填料量会增加成本且降低复合材料的力学性能，为了减少填料量的加入，研究人员研究了许多新型的制备方法。

2.5 隔离结构法

通过传统熔融共混或溶液共混法制备的导电聚合物复合材料，导电填料随机分布在整个聚合物基体中，即使使用超高电导率的石墨烯和碳纳米管也需要较高的填料量才能形成互联导电网络。高填料量的导电聚合物复合材料不仅会提高成本，还会降低材料的加工性能和力学性能。将导电填料选择性地分布在聚合物的界面上，这种隔离结构可以极大地提高填料构建导电路径的利用效率，在较低的填料量的基础上形成互联导电网络，显示较低的逾渗阈值和较高的电磁屏蔽性能。

Feng等[36]以聚醚酰亚胺(PEI)为基体，CNT为导电骨架，通过微波烧结、热压成型制备了具有隔离结构的高性能PEI/CNTs复合材料。当CNT的含量为4.0%时，PEI/CNT复合材料在8.2～12.4 GHz频率范围内的电导率和电磁屏蔽分别为17.98 S·m-1和34.6 dB。Yan等[37]通过高压(350 MPa)固相压缩成型，制备rGO和聚苯乙烯(PS)隔离结构的高性能电磁屏蔽复合材料。rGO 含量为3.47%的rGO/PS复合材料的电磁屏蔽效能达到45.1 dB。Jia等[38]制备了3种不同导电网络结构的碳纳米管/聚乙烯(CNT/PE)复合材料的电磁屏蔽性能，即隔离结构(s-CNT/PE)、部分隔离结构(p-CNT/PE)和随机分布结构(r-CNT/PE)。在相同的碳纳米管负载量下，s-CNT/PE复合材料的电导率比p-CNT/PE和r-CNT/PE复合材料高2个数量级。只需在s-CNT/PE复合材料中加入5%的CNT，就可实现高达46.4 dB的电磁干扰屏蔽效果，分别比p-CNT/PE和r-CNT/PE复合材料高出20%和46%。比较相同填料量下3种不同导电网络结构的电磁屏蔽值，隔离结构可以在较低填料量下形成互联导电网络，实现较高的电磁屏蔽性能。此方法为制造经济、坚固、高效的电磁屏蔽材料提供新的思路。

虽然隔离结构将导电填料分布在聚合物的界面上，在较低的填料量的基础上形成互联导电网络，显示较低的逾渗阈值和较高的电磁屏蔽性能，但是填料与聚合物界面相容性不好，力学性能下降。为了增加复合材料的力学性能，且在低填料含量下高的电磁屏蔽性能。通过设计导电填料的结构和复合材料的制备方法，来减少填料在复合材料中形成导电网络的需求量。

2.6 回填法

由于传统的制备工艺容易使碳填料在聚合物中聚集，低载量的碳纳米管无法形成有效的导电网络。当填充量较大时，会导致填料严重的团聚和填料与基体的界面接触不良，从而降低复合材料的力学性能和加工性能。因此，在低填充率的情况下，实现高效的电屏蔽性能仍然是一个挑战。许多研究者通过先制备导电三维网络结构，再通过回填法向导电网络中加入基体来制备低填料、轻质、多孔、高屏蔽性能的聚合物基碳纳米复合材料。

Sun等[39]采用化学气相沉积法制备了具有为微孔结构的石墨烯泡沫(GF)，将聚二甲基硅氧烷(PDMS)通过回填法渗透到GF中制备了GF/PDMS复合材料。当孔隙率为90.8%时，GF/PDMS复合材料的电导率为6.74 S·cm-1，在X波段的电磁屏蔽为25 dB。在PDMS基体中加入分散良好的MWCNT制备了GF/CNT/PDMS杂化复合材料。当GF含量为2.7%、CNT质量分数为2.0%时，GF/CNT/PDMS复合材料的导电率和电磁屏蔽分别为31.5 S·cm-1和75 dB。复合材料中石墨烯泡沫的导电和微孔结构有利于电磁波的衰减，碳纳米管也通过扩展导电网络和引入大量界面来增强电磁波的衰减。Lu等[40]采用化学气相沉积法制备了具有超低密度、柔韧性和高电导率的CNT/PDMS纳米复合材料。制备方法如图2所示，先制备CNT海绵导电骨架，再将PDMS渗透回填到CNT海绵的孔隙中。当CNT含量仅为1.0%时，其复合材料(厚度为2.0 mm)在X波段(8.2～12.4 GHz)的电磁屏蔽值高达46.3 dB。经1 000次反复拉伸或弯曲后，电磁屏蔽性能几乎没有变化，复合材料表现出优异的柔韧性和稳定性。这种CNT/PDMS复合材料具有作为柔性、轻质和超高性能屏蔽材料的潜力，可广泛应用于穿戴和便携式电子产品领域。

图2 CNT/PDMS复合材料制备流程[40]

通过回填法制备的聚合物基纳米复合材料，可以在较低填料下形成三维导电互联网络，进而降低成本和密度。互联网络形成的微孔结构可以增加电磁波的多次反射从而提高电磁屏蔽吸收性能。复合材料具有优异的柔韧性和稳定性，经过反复拉伸和弯曲对电导率和电磁屏蔽性能几乎没有影响。回填法被广泛应用于制备低填料、轻质、多孔、高屏蔽性能的聚合物基碳纳米复合材料。

3 回填法制备电磁屏蔽用聚合物基碳纳米复合材料的研究进展

许多研究者通过自组装、模板法、3D打印法等方法制备导电三维互联网络结构，再通过抽真空或浸渍的方法在保证不破坏其三维导电结构条件下回填聚合物基体来制备聚合物基复合材料，此方法可以减少填料在复合材料中形成导电网络的需求量，且三维网络可以作为基体机械增强剂，增加其力学性能。回填法被广泛应用于制备聚合物基碳纳米复合材料，如Ao等[41]采用化学气相沉积法制备高导电性的三维石墨烯网络(GN)，然后以GN为模板，采用回填法制备了轻质柔性的PDMS/GN复合材料。在较低的GR含量(1.2%)下，复合材料表现出较高的电导率(6100 S·cm-1)。当X波段厚度分别为0.25 mm和0.75 mm时，X波段的电磁干扰屏蔽分别为40 dB和90 dB，远远高于大多数碳填充导电聚合物的屏蔽效能。除此之外，三维GN还可以作为PDMS的机械增强剂，复合材料的拉伸强度显著提高256%。Chen等[42]以CNT海绵为三维导电骨架，采用浸润回填法制备了轻质高性能电磁屏蔽环氧树脂复合材料。当CNT海绵含量为0.66%时，CNT/环氧树脂复合材料在x波段电导率和电磁屏蔽分别为148 S·cm-1和33 dB，高于传统CNT填充量为20%的环氧树脂复合材料。与纯环氧树脂相比，CNT海绵含量为0.66%，其抗弯强度和抗拉强度分别提高了102%和64%。此外，复合材料的拉伸韧性和断裂伸长率分别提高了250%和97%。这些结果表明，多孔的导电骨架可作为电子传输的通道，也可以抵抗高的外部负载来保护环氧树脂复合材料。

如前所述，石墨烯、碳纳米管等碳纳米材料由于其低密度、高纵横比和优异的电导率而表现出优异的电磁屏蔽性能。利用两种或两种以上类型的碳材料的优点，其杂化能进一步提高电磁屏蔽性能。研究每个成分产生的同步效应并在它们之间保持良好的平衡以获得较高的电磁屏蔽性能是极其重要的。Jia等[43]采用冷冻干燥和回填法制备了柔性GR/MWCNT/PDMS电磁屏蔽复合材料,制备过程如图3所示，通过冷冻干燥和高温碳化制备三维GR/MWCNT泡沫作为导电骨架，再通过回填法制备了柔性GR/MWCNT/PDMS电磁屏蔽复合材料。在1400 °C时高温碳化，复合材料的电磁屏蔽值为54.43 dB，与纯PDMS相比，热导率提高193%，抗压强度从1.40 MPa提高到1.94 MPa。这一贡献为设计高性能碳基电磁屏蔽材料提供了指导。

图3 GR/MWCNTs/PDMS复合材料的制备流程[43]

许多研究者使用还原氧化石墨烯制备石墨烯泡沫，具有易掺杂、易分散、成本低、制备工艺简单、电磁屏蔽性能好等特点。除了直接冷冻干燥制备石墨烯网络结构还有化学还原自组装、3D打印法等。本课题组在之前的研究中采用绿色化学还原自组装制备了柔性PDMS/rGO/SWCNT纳米复合材料[10]，制备过程如图4所示。当填料量为0.28%，厚度为2 mm时，在X波段(8.2～12.4 GHz)电磁屏蔽值为32.1 dB。在这些方法中，加入适量的碳纳米管作为纳米间隔物，可以通过增大石墨烯之间的间距，有效地阻止石墨烯的堆积，得到高度均匀的纳米结构。

图4 PDMS/rGO/SWCNT复合材料制备流程[10]

与金属相比，碳纳米管的导电性仍然相对较低。通过增加碳含量来增加导电性，会导致成本增高和牺牲复合材料的机械强度。许多研究者通过溅射、电沉积、电子束辐照、丝网印刷、化学沉积和等离子喷涂等方法在碳材料上修饰金属纳米粒子来增加材料的电导率。Zhang等[44]采用化学气相沉积法制备了Ag修饰CNT/PDMS三维复合电磁屏蔽材料(Ag/CNT/PDMS)。厚度为4 mm的Ag/CNT/PDMS复合材料在X波段表现出90 dB的电磁屏蔽性能。与纯PDMS材料相比，Ag/CNT/PDMS复合材料的拉伸应变和拉伸强度分别提高了80%和300%。该方法为碳纳米管海绵与贵金属相结合开发高性能电磁屏蔽材料提供了新的思路。本课题组也做过类似的工作，通过化学还原自组装和回填法制备银纳米线(AgNWs)/rGO/PDMS复合材料[15]。制备过程如图5所示，先通过化学还原制备AgNWs/rGO三维石墨烯导电网络，再将PDMS回填到三维网络中来制备AgNWs/rGO/PDMS复合材料。当填料量为0.76%，厚度为2 mm时，其复合材料的电磁屏蔽值为34.1 dB。气凝胶的3D互联网络结构可以有效地减少团聚，多孔结构可以增加多次反射。AgNWs的加入减少rGO的团聚，同时也增加了气凝胶的导电性，有利于提高复合材料的电磁屏蔽性能。

图5 AgNWS/rGO/PDMS复合材料制备流程[15]

加入导电物质，提高材料的电导率，从而增加电磁屏蔽的反射损耗，但是大量电磁波被反射到环境中，造成二次污染。有研究表明在聚合物基碳纳米复合材料中掺入磁性纳米材料对电磁屏蔽的吸收损耗是有益的，磁性纳米材料通过涡流损耗、界面极化、自然损耗和磁损耗(自旋共振、磁畴移动和磁化弛豫)来增强材料的吸收损耗。Zhu等[45]采用化学气相沉积法制备了GF，并在水介质中利用静电相互吸引的作用将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)修饰的磁性Fe3O4纳米粒子组装到三维GF上，最后将PDMS浸润到Fe3O4/GF导电网络中来制备Fe3O4/GF/PDMS复合材料。轻质Fe3O4/GF/PDMS复合材料(～1.0 mm)在8.2～12.4 GHz的频率范围内电磁屏蔽值为32.4 dB，而GF/PDMS复合材料的电磁屏蔽值为26.7 dB。显然，实验结果证实了石墨烯和Fe3O4之间的具有协同效应。此外，柔性Fe3O4/GF/PDMS复合材料在反复弯曲500次后仍保持约31.5 dB的电磁屏蔽性能。Fe3O4纳米粒子的加入可以避免石墨烯的团聚，有效地调节介电常数，使复合气凝胶的介电损耗和磁损耗之间有更好的阻抗匹配，从而获得优异的电磁波吸收性能。

4 结 语

介绍了聚合物基碳纳米复合材料在电磁屏蔽领域的最新研究进展，阐述了聚合物基碳纳米复合材料的制备方法及其优缺点。随着聚合物基纳米复合材料不断深入的研究，回填法的应用范围必将不断扩大，在制备轻质、低成本且具有高电磁屏蔽的复合材料领域将进一步发挥其潜力。在研究者们的共同努力下，低填料含量制备高性能电磁屏蔽的研究取得了巨大的进步，但是电磁屏蔽材料仍面临诸多挑战。

(1)现在的电磁屏蔽材料主要利用导电材料的反射机理以反射损耗为主，会造成电磁波的二次污染。因此，开发以吸收损耗为主的电磁屏蔽材料成为目前的研究重点。磁性材料是以吸收损耗为主的材料，但是目前磁性材料在电磁屏蔽方面的研究有所欠缺。近期我们的工作重点是将高磁性稀土材料与导电材料相结合，利用其协同作用制备出以吸收为主的高性能电磁屏蔽材料。除此之外，还通过调控材料的结构(如锯齿结构、泡孔结构等)来增加电磁波在材料表面多重反射或材料内部多次折射，从而增加电磁波的吸收损耗。

(2)目前研究者制备出的高效电磁屏蔽材料，电磁屏蔽值已经接近100 dB，但是因为制备工艺复杂和填料用量大等缺点，大多只能用于科学研究，不利于规模化生产，不能满足实际应用的需求。在未来的研究中，需要改进现有的工艺来工业化制备高性能电磁屏蔽材料。

(3)由于在航空航天、军事等方面的特殊应用需求，我们在满足电磁屏蔽性能的前提下还要赋予复合材料其他的功能，如透光、导电、阻燃、自清洁、防覆冰等。

综上所述，开发以吸收为主、成本低、制备工艺简单的高性能电磁屏蔽复合材料是未来的研究重点。一方面，从材料和结构出发，制备以吸收为主的电磁屏蔽材料；另一方面，改进现有工艺，以便开发出低成本、可工业化生产、兼具多功能的高效电磁屏蔽材料。希望广大科研工作者继续努力不断探究，加快研究进程，在电磁屏蔽领域取得更大的进步。