电磁缺陷修复材料研究进展
高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的研究
高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的研究一、本文概述随着科技的快速发展，电磁波的应用日益广泛，但电磁污染问题也日益严重。
电磁波不仅会对人体健康产生潜在威胁，还会干扰电子设备的正常运行，影响信息安全。
因此，研究和开发高性能的电磁屏蔽及吸波材料，对于减少电磁污染、保护人体健康、保障信息安全具有重要意义。
本文旨在探讨高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的研究。
碳基材料因其独特的物理和化学性质，如高导电性、高热稳定性、轻质等，在电磁屏蔽和吸波领域具有广阔的应用前景。
本文将从碳基材料的种类、性能优化、制备工艺等方面入手，深入探讨其在电磁屏蔽和吸波领域的应用现状及未来发展趋势。
本文将对碳基电磁屏蔽及吸波材料的种类进行详细介绍，包括碳纳米管、石墨烯、碳纤维等。
然后，通过对比实验和理论分析，探讨不同碳基材料的电磁屏蔽和吸波性能，为实际应用提供理论支持。
接着，本文将重点研究碳基材料的性能优化方法，如通过化学修饰、掺杂等手段提高材料的电磁性能。
本文还将关注碳基材料的制备工艺，探索低成本、高效率的制备方法，为实际应用提供技术支撑。
本文将展望碳基电磁屏蔽及吸波材料的未来发展趋势，探讨其在不同领域的应用前景，如航空航天、电子信息、生物医学等。
通过本文的研究，希望能为高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的研发和应用提供有益的参考和指导。
二、碳基电磁屏蔽及吸波材料的基础理论碳基电磁屏蔽及吸波材料的研究与应用，离不开对其基础理论的深入理解和探索。
这些基础理论主要包括电磁场理论、材料电磁性能以及电磁波与物质相互作用的原理。
电磁场理论是理解电磁波传播和与物质相互作用的基础。
在电磁场理论中，电磁波被视为电场和磁场相互激发并在空间中以一定速度传播的波动现象。
电磁波与物质的相互作用则主要取决于物质的电磁特性，如介电常数、磁导率等。
碳基材料由于其独特的电子结构和物理性质，展现出优异的电磁性能。
碳基材料中的电子具有较高的可动性，使其对电磁场具有良好的响应能力。
碳基材料如石墨烯、碳纳米管等具有特殊的电子结构和物理性质，如高导电性、高导热性等，使其在电磁屏蔽和吸波领域具有广阔的应用前景。
应力对铁磁性材料缺陷及检测影响的研究论文
应力对铁磁性材料缺陷及检测影响的研究二零零二年研究生：侯维娜指导教师：储浚摘要随着各种铁磁性材料和器件的广泛应用，提高了对铁磁性材料检测的要求。
在役铁磁性构件必定处在一定的力学条件下，这会产生应力集中现象。
在应力的作用下，会对检测对象的电磁特性产生影响，特别是压磁效应对磁特性的影响，使磁导率不再是一个常数，而是随着内应力的分布而变化，这必然对涡流检测与漏磁检测产生影响。
本文主要研究存在应力集中的铁磁性材料中，由于应力集中的存在导致铁磁性材料电磁特性变化对漏磁场检测的影响。
首先根据Ｄ．Ｃ．Ｊｉｌｅｓ和Ｄ．Ｌ．Ａｔｈｅｒｔｏｎ理论确定应力与磁导率之间的对应关系，然后利用有限元计算方法，利用ＡＮＳＹＳ有限元计算软件，建立各种几何模型，求解在应力和外加磁场作用影响下，引起铁磁性材料磁特性变化，研究该变化对漏磁场的影响，并在此结果的基础上提出一种利用漏磁法检测应力的新方法。
在本文研究的模型中的计算表明：漏磁场的ｘ轴向分量Ｂ。
斜率变化的点判断应力集中区域沿ｘ轴方向上的边界；磁感应强度的Ｙ轴方向的分量口。
随应力的变化不大；磁感应强度的ｘ轴方向的分量Ｂ，的变化，随着应力集中区深度的增加而不断增加，随着外磁场的增加而不断的增加，在外磁场小于０．７特斯拉时，Ｂ。
随应力近似线性减小，在外磁场大于０．７特斯拉时，曰。
随应力近似分段线性增加。
因此，用漏磁场方法检测应力是可行的，并且当应力集中区深度增加时或提高外加磁场，应力分辨率会提高，检测会更容易进行。
关键词应力集中Ｄ．Ｃ．Ｊｉｌｅｓ和Ｄ．Ｌ．Ａｔｈｅｒｔｏｎ理论有限元方法ＡＮＳＹＳ计算软件漏磁场ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＳｔｒｅｓｓＯｎｔｈｅｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌＤｅｆｅｃｔａｎｄＴｅｓｔｉｎｇＳｔｕｄｅｎｔ：ＨＯｌｌＷｅｉｎａＴｕｔｏｒ：ＣｈｕＪｕｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆａｐｐｌｉｅｄｐｈｙｓｉｃｓ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｕｍ，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔＦｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｗｉｄｅＨ，ａｎｄｉｔｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｏｎｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａＬＴｈｅｒｅｍｕｓｔｈａｖｅｓｔｒｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ｂｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐｓ，ｃｏｅｒｃｉｖｅｆｉｅｌｄ，ｒｅｍｎａｎｔｍａｇｎｅ血ａｔｉｏｎ，ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｏｏｎ．ｗｉｌｌａｌｔｅｒｗｈｅｎｓｔｒｅｓｓｅｘｉｓｔｓ．Ｉｎｔｈｉｓｗｏｒｋ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｒｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｏｎｔｈｅｆｌｕｘ－ｌｅａｋａｇｅｔｅｓｔｉｎｇｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｆｉｒｓｔｗｏｒｋｉｓｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｓｔｒｅｓｓａｎｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆＤ．Ｃ．Ｊｉｌｅｓ．ＡｎｄＤ．Ｌ．Ａｔｈｅｒｔｏｎｔｈｅｏｒｙ．ＴｈｅｓｅｃｏｎｄｗｏｒｋｉｓｕｔｉｌｉｚｉｎｇＡＮＳＹＳ０ａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｗａｒｅ）ｆｏｒｍｅｄｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ．Ａｎｄｔｈｅｎｓｏｌｕｔｉｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｆｉｕｘ－ｌｅａｋａｇｅｏｎｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｅｘｔｅｒｎａｌｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｌａｓｔｗｏｒｋｉｓａｄｖａｎｃｉｎｇａｍｅｔｈｏｄｏｆｔｅｓｔｉｎｇｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｏｆｔｈｏｓｅｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｔｃａｎｃｏｎｃｌｕｄｅｓｏｍｅｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｉａｎｓ：（１）Ｊｕｄｇｅｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｏｆｓｔｒｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎｂｙｔｈｅｓｌｏｐｅｃｈａｎｇｅｏｆ最（ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｄｕｃｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｏｎａｌｏｎｇＸａｘｉｓ）．（２）ＴｈｅｃｈａｎｇｅｏｆＢｙ（ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｄｕｃｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｏｎａｌｏｎｇＹａｘｉｓ）ｉｓｖｅｒｙｓｍａｌｌ，ｗｈｅｎｓｔｒｅｓｓｃｈａｎｇｅ．（３）Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆ丑，ｗｉｌｌｉｎｃｒｅａｓｅ，ｗｈｅｎｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｓｔｒｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｒｔｈｅｅｘｔｅｒｎｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．（４）ＴｈｅｃｈａｎｇｅｏｆＢｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｓｌｉｎｅａｒｉｔｙ，ｗｈｅｎＢ伸ａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ）＜０７Ｔ，ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆＥｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｓｓｕｂｓｅｃｔｉｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ，ｗｈｅｎＢ＞ｎ７ＴａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｉｓｓｍａｌｌｗｈｅｎＢ＝０７ＴＫｅｙｗｏｒｄｓｔｒｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎＤ．Ｃ．ＪｉｌｅｓａｎｄＤ．Ｌ．ＡｔｈｅｒｔｏｎｔｈｅｏｒｉｅｓｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄＡＮＳＹＳｃｏｍｐｕｔｅｓｏｆｔｗａｒｅｍａｇｎｅｔｉｃｌｅａｋａｇｅ独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
基于石墨烯的电磁辐射吸收材料的设计及其性能研究
基于石墨烯的电磁辐射吸收材料的设计及其性能研究近年来，随着科技的不断发展，电子设备的普及和使用频率越来越高。
而这些设备在使用的同时，也带来了不可忽视的电磁辐射问题。
电磁辐射所带来的影响不仅仅局限在人体健康方面，还会对其他电子设备的正常工作造成干扰。
因此，如何有效地减小电磁辐射成为了当下亟待解决的问题。
在此背景下，基于石墨烯的电磁辐射吸收材料成为了热门的研究方向。
相比于普通材料，石墨烯拥有许多优越性能，如高导电性、高比表面积、高结构强度等，这使得石墨烯成为一种极具潜力的电磁波吸收材料。
一、石墨烯的电磁波吸收机理石墨烯的电磁波吸收机理主要包括两种：电磁损耗和多次反射。
电磁损耗是指当电磁波通过石墨烯材料时，石墨烯中的自由载流子受到电场的作用，产生摩擦和形变而导致能量的损耗，而这种损耗会将电磁波吸收。
多次反射是指石墨烯层与外部电磁波之间的反射和透射过程。
当电磁波与石墨烯相遇时，一部分能量会被反射，另一部分则会被透过。
综合两种机理，石墨烯材料的电磁波吸收效率很高。
而且，石墨烯还有一个很重要的优点，就是通过控制石墨烯层数可以实现对特定波长的选择性吸收。
二、石墨烯电磁辐射吸收材料的制备方法在制备基于石墨烯的电磁辐射吸收材料时，需要选用合适的方法来制备石墨烯材料，目前石墨烯的制备方法主要分为三类：机械剥离法、化学气相沉积法和化学还原法。
机械剥离法是利用石墨的分层性和层间弱力相互作用，将大块石墨分解成单层石墨烯。
然而，机械剥离法需要消耗大量的时间和精力，而且容易粘在其他材料上，因此并不适用于大规模制备。
化学气相沉积法是将零散分散的碳原子沉积在金属基底上，然后通过高温处理，将碳原子转化为石墨烯层。
这种制备方法虽然速度较快，但是需要高温高压条件下进行，操作难度较大。
化学还原法则是利用氧化石墨烯中的氧化物还原成石墨烯。
这种方法成本较低，生产工艺简单，但是石墨烯的晶格缺陷和材质纯度较低。
三、石墨烯电磁辐射吸收材料的性能研究石墨烯电磁辐射吸收材料的性能研究主要包括吸收频率范围、吸收强度、选择性吸收等方面。
电磁屏蔽复合材料的屏蔽原理和研究现状分析
电磁屏蔽复合材料的屏蔽原理和研究现状分析吸收型电磁屏蔽复合材料的主要原理是通过材料中的导电性来吸收电磁波的能量。
当电磁波传播到材料表面时，材料中的导电粒子（如碳纳米管、金属纳米粒子等）可以与电磁波相互作用，并将其能量转化为热能。
这种转化过程会导致电磁波能量的衰减，从而实现电磁屏蔽的目的。
反射型电磁屏蔽复合材料的主要原理是通过材料中的磁导率来反射电磁波。
当电磁波传播到材料表面时，材料中的磁性物质（如铁氧体、铁磁金属等）会改变电磁波的传播特性，从而使其反射回去。
这种反射过程能够减少电磁波的穿透能力，从而达到屏蔽电磁波的目的。
目前，电磁屏蔽复合材料的研究现状如下：1.材料选择：研究者们在研究电磁屏蔽复合材料时，通常会选择导电性好、磁导率高的材料作为基质，并添加一定量的导电或磁性材料来增加导电性或磁导率。
常用的基质材料包括聚合物、陶瓷、纤维等，导电或磁性材料可以是金属粉末、纳米材料等。
2.复合材料制备：电磁屏蔽复合材料的制备通常有两种方法，一种是混合法，即将基质材料和导电或磁性材料混合均匀后烧结或注塑成型；另一种是包覆法，即将导电或磁性材料包覆在基质材料表面。
这两种方法都可以在一定程度上提高复合材料的屏蔽性能。
3.性能表征：研究者们通常通过测量复合材料的电导率、磁导率和屏蔽效果等指标来评估其性能。
电导率和磁导率可以通过四探针法和磁性测试仪等设备进行测量，而屏蔽效果则可以通过电磁波屏蔽实验来评估。
4.优化设计：为了提高电磁屏蔽复合材料的性能，研究者们通常会进行优化设计。
一方面，他们可以调整导电或磁性材料的含量和分布来控制复合材料的导电性或磁导率；另一方面，他们还可以选择合适的基质材料、调整复合材料的结构和形态等来改善其屏蔽性能。
综上所述，电磁屏蔽复合材料是一种具有很大应用潜力的材料，其屏蔽原理是通过导电性或磁导率来吸收或反射电磁波。
目前，研究者们正在通过选择合适的材料、进行制备和性能表征等方面的工作来提高电磁屏蔽复合材料的性能。
2006.1自修复材料研究进展
Abstract This paper review s recent research p rogress and p roblem s in metal, ceram ic and polymer based
self2healing composites in term s of healing m echanism s. For obtaining balanced self2healing ability, the require2 ments on materials’structure, composition and perform ance are analyzed.
梁世强 [ 7 ]等用二异氰酸等合成了互穿网络高 分子膜络合在铜表面 ,以实现水蒸气滴状冷凝 ,其示 意图见图 1。
热阻小的超薄涂层 。由于具有含孤对电子的原子 , 因而能够与金属离子或原子形成强度较高的配位键 (如 N →Cu2 +和 N →Cu+等 ) 。大面积的配位键像图 钉一样把高分子膜牢牢地钉在金属表面上 。网格状 高分子互相牵制的网状结构 ,能够使个别断裂的配 位键有机会重新形成 ,这种自修复的特性可以防止 涂层剥落 。
杨红 [ 14～18 ]等开展了在机敏结构中利用空心光 纤灌注胶液的方法进行复合材料损伤 、断裂的自诊 断 、自修复网络系统的研究 。空心光纤由纤芯 、包层 和涂敷层组成 ,是一多层介质结构的对称圆柱体 。 他们认为该体系可一方面利用空心光纤组成自诊断 传感器网络对复合材料的性能进行实时监测 ,另一 方面利用光纤的空心处灌注胶液对机敏结构中的损 伤 、断裂进行自修复 ,此时可利用外部加压系统促使 胶液尽快地流人空心光纤中 ,以利于胶液在材料内 的流动 ,加快复合材料断裂修复的进程 。
声波在材料表征与缺陷检测中的应用与研究进展
声波在材料表征与缺陷检测中的应用与研究进展引言：声波作为一种常见的物理现象，广泛应用于材料表征与缺陷检测领域。
声波的传播速度、频率特性以及反射、折射等现象，可以提供有关材料的信息，从而实现对材料性能和缺陷的检测和评估。
本文将探讨声波在材料表征与缺陷检测中的应用与研究进展。
一、声波在材料表征中的应用声波在材料表征中的应用主要包括材料结构分析、材料性能评估和材料缺陷检测等方面。
1. 材料结构分析声波可以通过材料中的传播速度和频率特性，提供关于材料结构的信息。
例如，声速测量可以用于确定材料的密度和弹性模量，从而评估材料的结构和组成。
此外，声波的散射、衍射和干涉现象也可以提供关于材料微观结构的信息，如晶格结构、孔隙分布等。
2. 材料性能评估声波的传播特性与材料的物理性质密切相关，因此可以通过声波检测来评估材料的性能。
例如，声波的衰减特性可以用于评估材料的吸声性能，从而应用于噪音控制和声学材料设计。
此外，声波的频率响应和阻抗特性也可以用于评估材料的电磁性能和声学透明性。
3. 材料缺陷检测声波在材料缺陷检测中具有独特的优势。
通过对声波的传播和反射特性进行分析，可以检测和评估材料中的缺陷，如裂纹、孔洞、腐蚀等。
声波的散射和干涉现象可以提供关于缺陷形态和位置的信息。
此外，声波的频率特性和衰减特性也可以用于评估缺陷的严重程度和影响范围。
二、声波在材料缺陷检测中的研究进展随着科学技术的不断发展，声波在材料缺陷检测中的研究也取得了许多进展。
1. 超声波成像技术超声波成像技术是一种常用的材料缺陷检测方法。
通过对材料中的超声波进行成像，可以实现对内部缺陷的检测和评估。
近年来，随着超声波成像技术的发展，分辨率和探测深度得到了显著提高，可以实现对微小缺陷的检测和定位。
2. 声波谱分析技术声波谱分析技术可以通过对声波的频率特性进行分析，实现对材料缺陷的检测和评估。
通过对声波信号的频谱分析，可以提取出与缺陷相关的频率成分，从而实现对缺陷的定位和识别。
《2024年二维磁振子晶体带隙优化及缺陷态性质的研究》范文
《二维磁振子晶体带隙优化及缺陷态性质的研究》篇一一、引言随着材料科学和纳米技术的飞速发展，二维材料因其独特的物理和化学性质，在电子器件、光子晶体、传感器等众多领域展现出了广阔的应用前景。
二维磁振子晶体作为二维材料中的一种新兴类型，具有优良的电磁性能和优异的物理特性，受到了科研人员的广泛关注。
本文主要探讨了二维磁振子晶体的带隙优化以及缺陷态性质，旨在为该领域的研究和应用提供理论支持。
二、二维磁振子晶体的基本性质二维磁振子晶体是一种具有周期性结构的二维材料，其结构由磁性离子和振动模式共同决定。
这种材料具有优异的电磁性能，包括高导电性、高导热性以及优异的磁学性能。
此外，其独特的周期性结构使得其在光子晶体、传感器等领域具有潜在的应用价值。
三、带隙优化的研究带隙是半导体材料中电子从价带跃迁到导带所需的能量，是衡量材料光电性能的重要参数。
对于二维磁振子晶体而言，带隙的大小直接影响到其电子和光子的传输性能。
因此，优化带隙对于提高二维磁振子晶体的性能具有重要意义。
本研究通过调整晶格常数、原子间距、磁性离子浓度等参数，实现了对二维磁振子晶体带隙的优化。
研究结果表明，通过适当调整这些参数，可以有效地增大或减小带隙，从而满足不同应用场景的需求。
此外，我们还发现，在某些特定参数下，二维磁振子晶体表现出间接带隙或直接带隙的特性，这为设计新型光电器件提供了新的思路。
四、缺陷态性质的研究缺陷是材料中常见的现象，对材料的物理和化学性质产生重要影响。
对于二维磁振子晶体而言，缺陷的存在可能会影响到其周期性结构，进而影响其电子和光子的传输性能。
因此，研究缺陷态性质对于理解二维磁振子晶体的性能具有重要意义。
本研究通过引入不同类型和浓度的缺陷，研究了缺陷对二维磁振子晶体电子结构和光学性质的影响。
研究结果表明，适量引入某些类型的缺陷可以有效地提高材料的导电性和光学性能。
然而，过多或不当的缺陷引入可能会导致材料性能的恶化。
因此，在实际应用中，需要合理控制缺陷的种类和浓度，以实现材料的最佳性能。
特色研究报告：低维电磁功能材料研究进展
特色研究报告：低维电磁功能材料研究进展摘要：电磁功能材料在军事隐身、信息对抗等国防军工以及电磁辐射防护、微波通信等民用技术领域有着广阔的应用前景。
特别是，低维电磁功能材料具有独特的电磁特性，在电磁波吸收与屏蔽、通信与成像、传感与检测等方面受到越来越多的关注。
总结了曹茂盛研究小组在低维电磁功能材料方面取得的重要研究进展，主要包括碳纳米管、石墨烯、碳化硅、氧化锌、过渡金属及其化合物、多铁材料等。
系统论述了低维材料的电磁响应，包括电荷输运、偶极极化、磁共振、磁涡流等。
重点总结了在电磁响应方面提出的重要的模型和公式，包括电子跳跃（EHP）模型、聚集诱导电荷输运（AICT）模型、类电容结构、等效电路模型以及等效串联电路方程和电导网络方程等。
揭示了低维材料电磁响应与电磁屏蔽和吸收之间的重要联系，即电磁能量转换机制，包括极化弛豫和电荷输运协同竞争机制以及界面散射、微电流、微天线辐射和介质弛豫的竞争协同作用等。
最后，深入剖析了该领域的发展进程，提出了该领域面临的重大挑战，并预测了未来的研究方向。
关键词：低维材料；电磁响应；能量转换；电磁特性；电磁屏蔽；微波吸收电磁功能材料支撑着电子科学和信息工程的发展，是信息、通讯、能源、医学、航空航天、军事等各个领域技术研发的重要基础。
例如，超长波（λ=104～105 m）导航系统可用于海上定位和通信；中短波（λ=1～103 m）手机收发器能让我们足不出户便知天下事；太赫兹、红外及X射线探测器和成像装置被广泛应用于医疗检测和军事装备领域。
随着科学技术的发展，高性能电磁功能材料研发将成为今后科学界新的研究热点之一，未来电磁功能材料和器件的创新将给人类带来更多意想不到的惊喜。
低维电磁功能材料的研发推动了全球高新技术领域的进步。
新的物理效应，新的电磁响应机制和电磁性能，新的低维材料以及多元化、微小型化和智能化的新型电磁器件，为电磁波吸收与屏蔽、探测与传感、成像、开关与滤波、光学与光电等领域的发展带来了无限的活力。
稀土掺杂对电磁屏蔽材料性能的影响研究分析
稀土掺杂对电磁屏蔽材料性能的影响研究分析在当今科技高速发展的时代，电子设备的广泛应用给我们的生活带来了极大的便利，但同时也带来了电磁辐射的问题。
电磁辐射不仅会干扰电子设备的正常运行，还可能对人体健康产生潜在危害。
为了有效地解决这一问题，电磁屏蔽材料应运而生。
而稀土元素因其独特的电子结构和物理化学性质，在改善电磁屏蔽材料性能方面展现出了巨大的潜力。
稀土元素包括镧系元素（镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥）以及钪和钇，共 17 种元素。
它们具有未充满的 4f 电子层结构，这使得稀土元素具有独特的光学、电学和磁学性质。
将稀土元素掺杂到电磁屏蔽材料中，可以显著改变材料的微观结构和电磁性能。
一、电磁屏蔽材料的分类及作用原理电磁屏蔽材料主要分为金属类、导电高分子类和复合型三类。
金属类电磁屏蔽材料，如铜、铝、银等，具有良好的导电性和电磁屏蔽性能。
其作用原理主要是通过反射和吸收电磁波来实现屏蔽效果。
金属材料中的自由电子在电磁波的作用下产生感应电流，从而将电磁波的能量转化为热能，实现对电磁波的衰减。
导电高分子类电磁屏蔽材料，如聚苯胺、聚吡咯等，具有重量轻、耐腐蚀等优点。
其电磁屏蔽机制主要是通过形成导电网络，使电磁波在材料内部传播时产生损耗。
复合型电磁屏蔽材料则是将金属材料、导电高分子材料与其他材料（如聚合物、陶瓷等）复合而成，综合了各种材料的优点，具有更优异的电磁屏蔽性能。
二、稀土掺杂对电磁屏蔽材料导电性的影响导电性是电磁屏蔽材料的一个关键性能指标。
稀土掺杂可以通过多种方式影响材料的导电性。
一方面，稀土元素的掺入可以引入杂质能级，增加载流子浓度，从而提高材料的电导率。
例如，在一些金属基复合材料中，掺杂适量的稀土元素可以改善金属颗粒与基体之间的界面结合，减少界面电阻，提高整体的导电性。
另一方面，稀土元素还可以改变材料的晶体结构，优化电子传输通道，进一步增强导电性。
以导电高分子材料为例，稀土掺杂可以调整高分子链的排列方式，促进电子在分子链间的跃迁，从而显著提高电导率。
电磁脉冲处理技术研究现状及其展望
电磁脉冲处理技术研究现状及其展望摘要：电磁脉冲处理技术是一种重要的能源技术，在军事、工业、通信等领域有着广泛的应用。
本文介绍了电磁脉冲处理技术的国内外研究现状，分析了其发展趋势，并探讨了未来可能的研究方向。
一、引言电磁脉冲处理技术是一种利用电磁场对物质进行加工和处理的技术。
它具有高效、节能、环保等优点，因此在军事、工业、通信等领域具有重要的应用价值。
随着科技的发展，电磁脉冲处理技术越来越受到人们的关注，成为当前研究的热点之一。
二、研究现状1. 军事领域在军事领域，电磁脉冲处理技术主要用于武器系统的发射和打击。
通过在武器系统中加入电磁脉冲发生器，可以在发射时产生强烈的电磁脉冲，对目标进行破坏。
目前，国外一些发达国家在电磁脉冲发生器的设计和制造方面已经取得了重要的进展。
2. 工业领域在工业领域，电磁脉冲处理技术主要用于材料的加工和处理。
通过在材料表面施加电磁脉冲，可以实现对材料的表面处理、刻蚀、抛光等操作。
目前，一些国家已经在材料加工领域广泛应用电磁脉冲技术。
3. 通信领域在通信领域，电磁脉冲处理技术主要用于无线通信系统的干扰和阻塞。
通过在通信系统中加入电磁脉冲发生器，可以干扰和阻塞无线电信号的传输，从而达到窃听、干扰等目的。
目前，一些国家已经在无线通信领域广泛应用电磁脉冲技术。
三、发展趋势1. 高效化随着科技的发展，人们对能源的需求越来越高，因此高效化的能源技术越来越受到人们的关注。
未来，电磁脉冲处理技术的研究方向之一是提高其能量利用率，使其更加高效。
2. 智能化随着人工智能技术的发展，未来的能源技术将更加智能化。
未来，电磁脉冲处理技术的研究方向之一是开发智能化的控制系统，使其能够根据不同的应用场景自动调节参数，提高处理效果。
3. 绿色化随着环保意识的提高，未来的能源技术将更加绿色化。
未来，电磁脉冲处理技术的研究方向之一是开发环保型的材料和工艺，使其在处理过程中产生的废弃物和污染能够得到有效控制。
自修复高分子材料近五年的研究进展
自修复高分子材料近五年的研究进展一、本文概述自修复高分子材料，作为一种具有自我修复能力的智能材料，近年来在科学研究和实际应用中引起了广泛关注。
这类材料能够在遭受损伤后，通过内部机制或外部刺激，实现自我修复，恢复其原有的结构和性能。
这种特性使得自修复高分子材料在延长材料使用寿命、提高设备安全性以及减少维护成本等方面具有显著优势。
近五年来，自修复高分子材料的研究取得了显著的进展。
研究者们通过设计新型的自修复机制、开发高效的修复剂、优化材料制备工艺等手段，不断提升自修复高分子材料的性能和应用范围。
本文旨在综述近五年自修复高分子材料的研究进展，包括自修复机制的创新、材料性能的提升、以及在不同领域的应用案例等方面。
通过对这些研究成果的梳理和分析，我们期望能够为自修复高分子材料的未来发展提供有益的参考和启示。
二、自修复高分子材料的分类与原理自修复高分子材料，作为一类能够自主修复损伤的智能材料，近五年来受到了广泛的关注和研究。
根据修复机制的不同，自修复高分子材料主要可以分为两类：外援型自修复材料和本征型自修复材料。
外援型自修复材料通常依赖于外部添加剂，如修复剂或催化剂，来触发修复过程。
当材料出现裂纹或损伤时，外部添加剂会流动到损伤部位并在一定条件下（如温度、光照、化学反应等）触发修复反应。
这类材料的修复效果往往取决于添加剂的流动性、反应活性以及损伤部位的可接近性。
近年来，研究人员通过设计新型的修复剂和催化剂，以及优化添加剂与基材之间的相互作用，显著提高了外援型自修复材料的修复效率和耐久性。
本征型自修复材料则不依赖于外部添加剂，而是通过在材料内部预先嵌入修复剂或修复机制来实现自我修复。
这些修复剂可以是预先嵌入的聚合物链、微胶囊、纳米纤维等。
当材料受到损伤时，内部的修复剂会被激活并流动到损伤部位，通过化学键的重新形成或物理交联的重建来修复损伤。
由于不需要外部添加剂，本征型自修复材料具有更好的长期稳定性和环境适应性。
聚合物基电磁屏蔽复合材料研究进展
聚合物基电磁屏蔽复合材料研究进展摘要：介绍了电磁屏蔽橡胶的屏蔽原理。
综述了金属填充橡胶、碳材料填充橡胶、金属/非金属复合填料填充橡胶、本征导电聚合物填充橡胶、碳材料/四氧化三铁复合填料填充橡胶、新型纳米导电填料填充橡胶六类电磁屏蔽复合材料的研究进展以及优缺点。
关键词：电磁屏蔽；橡胶；复合材料；填料引言随着电子设备和无线通讯的高速发展，电磁干扰以及电磁污染成为了影响电器元件正常工作和危害人类健康的一个不可忽视的问题。
为减少电磁干扰及电磁污染，电磁屏蔽材料得到快速发展，其中以金属及其合金屏蔽效果较好。
但金属材料成本高、质量重、柔韧性差、加工性能差、不耐腐蚀，使其应用受到了很多限制。
质轻、柔韧性好、加工性能好的电磁屏蔽橡胶复合材料受到了科研工作者们越来越多的关注。
电磁屏蔽橡胶的制备方法是向橡胶填充导电或导磁填料。
1.金属填充橡胶金属导电性能优异，常用来制备电磁屏蔽橡胶。
主要的金属填料有铜、银、镍等。
对比了不同金属填料对电磁屏蔽硅橡胶导电性能的影响。
研究表明，填充银粉制备的导电橡胶体积电阻率比填充镍粉的低2～3个数量级，并且随着金属填料用量增大，复合材料体积电阻率下降。
但实际应用中，单一金属填充橡胶制备的电磁屏蔽复合材料，会因自身易氧化、成本高等缺点不满足工作需求。
故常在一种金属表面镀上其它金属制得复合金属填料，这样的填料结合了两种金属优点，可制备应用范围更广的电磁屏蔽橡胶。
常用的复合金属填料有镀银镍粉、镀镍铜粉、镀银铝粉。
镀银镍粉兼具银优异的导电性和镍吸收电磁波的能力。
制备了镀银镍粉/硅橡胶复合材料，并发现其逾渗阈值为0.222%，当填料体积分数为0.44%时，复合材料在30～1200MHz频段内有着优异的电磁屏蔽性能。
铜导电性优良，但易被氧化。
镍抗氧化能力较好，铜粉表面镀镍，提高铜抗氧化性的同时能保持其良好的导电性。
制备了力学性能良好的镀镍铜粉/硅橡胶复合材料，发现在30MHz～18GHz频率范围内，复合材料的电磁屏蔽效能均为80dB。
电磁屏蔽高分子复合材料研究进展
电磁屏蔽高分子复合材料研究进展目录1. 内容概览 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状及发展趋势 (4)2. 电磁屏蔽高分子复合材料基础知识 (5)2.1 电磁屏蔽原理 (6)2.2 高分子复合材料概述 (7)2.3 电磁屏蔽高分子复合材料的制备技术 (8)3. 电磁屏蔽高分子复合材料的研究进展 (9)3.1 填充型电磁屏蔽复合材料 (11)3.2 本质型电磁屏蔽复合材料 (11)3.3 其他新型电磁屏蔽复合材料 (13)4. 电磁屏蔽高分子复合材料的性能研究 (13)4.1 电磁性能 (15)4.2 物理性能 (16)4.3 化学性能 (17)4.4 其他性能 (18)5. 电磁屏蔽高分子复合材料的应用领域 (20)5.1 电子信息领域 (21)5.2 航空航天领域 (22)5.3 交通运输领域 (24)5.4 其他领域 (25)6. 电磁屏蔽高分子复合材料的研究挑战与展望 (26)6.1 研究挑战 (27)6.2 发展策略与建议 (28)6.3 未来发展趋势 (29)1. 内容概览本文综述了电磁屏蔽高分子复合材料的研究进展，重点介绍了其制备方法、性能优化和应用领域。
电磁屏蔽高分子复合材料因其轻便、导电和耐腐蚀等特性，在电子器件、通信设备和航空航天等领域具有广泛的应用前景。
在制备方法方面，本文介绍了化学气相沉积法、溶液共混法和自组装法等多种用于制备电磁屏蔽高分子复合材料的工艺。
这些方法具有操作简便、成本低廉和生产效率高等优点，为电磁屏蔽高分子复合材料的大规模生产提供了可能。
在性能优化方面，本文探讨了电磁屏蔽高分子复合材料的导电填料选择、含量和形貌对屏蔽效能的影响。
通过调整这些参数，可以实现对电磁屏蔽高分子复合材料屏蔽效能的精确控制。
本文还涉及了其他性能优化手段，如力学性能、热稳定性和耐候性等，以满足不同应用场景的需求。
在应用领域方面，本文详细讨论了电磁屏蔽高分子复合材料在电子设备、通信设备和航空航天等领域的应用。
电磁屏蔽材料的研究进展
第46卷第1期2021年2月广州化学Guangzhou ChemistryV ol. 46 No. 1Feb. 2021文章编号：1009-220X(2021)01-0001-07 DOI:10.16560/ki.gzhx.20210107电磁屏蔽材料的研究进展宋斌1,4,5，黄月文1,4,5，祖伟皓2,3,4，王斌2,3,4*（1. 中科院广州化学有限公司，广东广州510650；2. 中科院广州化学研究所，广东广州510650；3. 中国科学院大学，北京100049；4. 广东省电子有机聚合物材料重点实验室，广东广州510650；5. 中科院新型特种精细化学品工程实验室，广东广州510650）摘要：介绍了电磁屏蔽材料在军用和民用领域的重要性；简要阐述了电磁屏蔽的机理；综述了4种不同电磁屏蔽材料的优缺点以及研究现状，分别为金属型、表面导电型、填充复合型和本征型导电聚合物电磁屏蔽材料；分析并提出了3种提高电磁屏蔽效能的方式，分别为多孔结构设计、多层结构设计、复合填料优化。
关键词：电磁屏蔽材料；屏蔽机理；研究进展中图分类号：TB34 文献标识码：A高速发展的电子信息技术带来了高效和便利的生活，但其产生的电磁辐射却带来日益严重问题，成为威胁健康的又一新污染源[1]。
据英国国家辐射保护委员会调查报告，高压线产生的电磁辐射影响下，儿童白血病发病率较正常区域的高出一倍。
电磁辐射会降低甚至破坏人体的生命支持系统功能，引发各种疾病[2]。
同时，电子辐射会使电子系统障碍[3-5]，破坏设备运行[6]，造成严重经济损失；若遭受电磁武器的强力冲击，军事机密有被窃取风险[6]，设备信息系统也会暂时性失灵或永久性损坏，严重危害国防安全[7]。
据新华社消息，预计2020年底全国5G基站数超过60万个。
这些基站电磁辐射也将成为人们关注的焦点[8]。
针对上述问题，最为有效防御手段是使用电磁屏蔽材料。
使用高效宽频（24 GHz以上）的屏蔽设备外壳以保持5G 系统的安全性和稳定性；在飞机表面涂覆电磁屏蔽材料后，能极大减弱反射波而达到影身目的，如隐形飞机[9]；在卫星上使用轻质、宽频的电磁屏蔽材料后，能够躲避地面雷达的侦测，如美国“天基监测系统”隐形卫星[9]。
Ti_(3)C_(2)T_(x) MXene基电磁屏蔽材料的研究进展
第49卷2021年6月第6期第14-25页材料工程J o u r n a l o fM a t e r i a l sE n g i n e e r i n gV o l.49J u n.2021N o.6p p.14-25T i3C2T x M X e n e基电磁屏蔽材料的研究进展R e s e a r c h p r o g r e s s i nT i3C2T x M X e n e-b a s e d e l ec t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c es h i e l d i n g m a t e r i a l王敬枫1,康辉1,成中军1,谢志民2,王友善2,刘宇艳1,樊志敏1(1哈尔滨工业大学新能源转换与储存关键材料技术工业和信息化部重点实验室,哈尔滨150001;2哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国家级重点实验室,哈尔滨150001)WA N GJ i n g-f e n g1,K A N G H u i1,C H E N GZ h o n g-j u n1,X I EZ h i-m i n2,WA N G Y o u-s h a n2,L I U Y u-y a n1,F A NZ h i-m i n1(1M I I T K e y L a b o r a t o r y o fC r i t i c a lM a t e r i a l sT e c h n o l o g y f o rN e wE n e r g y C o n v e r s i o na n dS t o r a g e,H a r b i n I n s t i t u t e o fT e c h n o l o g y,H a r b i n150001,C h i n a;2N a t i o n a lK e y L a b o r a t o r y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y o nA d v a n c e dC o m p o s i t e s i nS p e c i a lE n v i r o n m e n t s,H a r b i n150001,C h i n a)摘要:随着电子设备和无线通讯的迅猛发展,电磁干扰问题也随之日益严重,迫切需要发展高性能的电磁屏蔽防护材料来减轻电磁波干扰危害㊂M X e n e(T i3C2T x)是一种新型二维材料,具有超高的电导率和活跃的化学活性表面,因而展现出极其优异的电磁屏蔽性能㊂本文重点介绍了T i3C2T x的制备方法㊁结构特性以及电磁屏蔽机理,客观地综述和评价了近年来国内外关于T i3C2T x基薄膜和三维多孔材料在电磁屏蔽应用方面的重要研究进展,并分析了目前存在的主要问题㊂此外,从T i3C2T x的制备㊁结构调控㊁设计组装等方面展望了T i3C2T x基电磁屏蔽材料的发展方向及趋势,包括发展低成本绿色环保且高效的T i3C2T x制备工艺㊁解决T i3C2T x不耐氧化的问题㊁设计新型T i3C2T x电磁屏蔽材料结构及探究其他种类的M X e n e s电磁屏蔽材料,为开发下一代高电磁屏蔽性能材料提供新的思路和指导㊂关键词:T i3C2T x M X e n e;电磁屏蔽;电导率;复合薄膜;三维多孔结构d o i:10.11868/j.i s s n.1001-4381.2020.000280中图分类号:T B34文献标识码:A 文章编号:1001-4381(2021)06-0014-12A b s t r a c t:W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i ce q u i p m e n ta n d w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni nr e c e n t y e a r s,p r o b l e m s o f e l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c e a r e a l s ob e c o m i n g m o r e a n dm o r e s e r i o u s.I t i s u r g e n t t od e v e l o p h i g h p e r f o r m a n c ee l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e(E M I)s h i e l d i n g m a t e r i a l st oa l l e v i a t et h ed a m a ge of e l e c t r o m ag n e t i c i n t e r f e r e n c e.M X e n e(T i3C2T x)i s a n o v e l k i n d o f2Dm a t e r i a l w i t hu l t r ahi g he l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y a n du n i q u e c h e m i c a l l y a c t i v e s u rf a c e,a n d t h e r e f o r e e x h i b i t s e x t r e m e l y e x c e l l e n t e l e c t r o m ag n e t i cshi e l d i n g p e r f o r m a n c e.T h e p r e p a r a t i o n,s t r u c t u r a lf e a t u r e a n d E M I s h i e l d i n g m e c h a n i s mo fT i3C2T x w e r e f o c u s e d a n d i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r,t h e l a t e s t r e s e a r c h p r o g r e s s o nE M I s h i e l d i n g a p p l i c a t i o n so fT i3C2T x-b a s e df i l m sa n d3D p o r o u sm a t e r i a l sw a so bj e c t i v e l y r e v i e w e da n d e v a l u a t e d,a n dt h e m a i n p r o b l e m a t t h e p r e s e n tw a sa n a l y z e d.I na d d i t i o n,t h ef u t u r ed e v e l o p m e n t d i r e c t i o na n dt e n d e n c y o fT i3C2T x-b a s e d E M Is h i e l d i n g m a t e r i a l sf r o m t h ea s p e c t so f p r e p a r a t i o n, m i c r o s t r u c t u r e c o n t r o l a n ds t r u c t u r ed e s i g na n ds oo n w e r ea l s o p r o s p e c t e di nt h i s p o p e r,b a s e do n c u r r e n td e v e l o p m e n tn e e d si n c l u d i n g d e v e l o p i n g l o w-c o s t,g r e e na n de f f i c i e n t T i3C2T x p r e p a r a t i o n m e t h o d s,s o l v i n g t h el o n g-s t a n d i n g o x i d a t i o n p r o b l e m o f T i3C2T x,d e s i g n i n g n e w s t r u c t u r e o f T i3C2T x-b a s e dE M I s h i e l d i n g m a t e r i a l s a n d f i n d i n g o u to t h e r M X e n e sE M I s h i e l d i n g m a t e r i a l so t h e r t h a nT i3C2T x,w h i c hc a n p r o v i d en e wi d e a sa n d g u i d a n c ef o rt h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to f t h en e x t第49卷第6期T i3C2T x M X e n e基电磁屏蔽材料的研究进展g e n e r a t i o no f h i g h-p e r f o r m a n c eE M I s h i e l d i n g m a t e r i a l s.K e y w o r d s:T i3C2T x M X e n e;e l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c es h i e l d i n g;e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y;c o m p o s i t e f i l m;3D p o r o u s s t r u c t u r e科学技术的飞速发展促进了电子电气设备的更新换代和使用频率,进而显著提升了人们的生活质量,但随之也带来了一系列的电磁干扰(e l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c e,E M I)问题㊂过量的电磁波干扰不仅会严重影响高灵敏度电子设备的正常运行,而且还可能造成重要信息泄露,这对国防安全具有致命性的危害㊂另外,严重的电磁波辐射可能会对人体产生潜在的健康威胁,如增大患癌(长期暴露)㊁慢性病和神经系统等方面疾病的概率[1-2]㊂发展高性能的电磁屏蔽材料可以有效避免电磁干扰带来的危害[3-4]㊂电磁屏蔽主要的目的是最大限度地减少电磁波对防护目标的干扰,因此所用的电磁屏蔽材料需要具有较高的导电性,这样就能将绝大部分电磁波反射进而减少透过率㊂金属材料具有高电导率和优异的电磁屏蔽性能,但由于其存在易腐蚀㊁难加工以及密度大等劣势,严重限制了在需要轻质特性的航空航天等领域电磁防护方面的应用㊂另外,尽管铁磁性材料㊁导电聚合物和部分碳材料作为填料构筑出的异质复合材料具有质量轻和稳定性好等优势,但其屏蔽性能通常仍然较低㊂石墨烯基于自身独特的二维结构和高电导率,在电磁屏蔽领域[5-6]展现出了广阔的应用前景,受到了学术界和产业界的高度重视㊂但真正的石墨烯表面是惰性的,非常不利于后续的加工设计㊂另外,通过氧化然后再还原制备的还原氧化石墨烯由于存在较多的缺陷导致其电导率较低,通常用它构筑的材料电磁屏蔽效能值较低,无法满足实际使用需求㊂基于此,发展兼具高电导率和表面活性为一体的二维材料对进一步发展高性能电磁屏蔽材料具有重要的意义㊂然而,目前已知的二维材料,例如石墨烯㊁氮化硼以及二硫化钼等很难同时满足上述特性㊂而一种称之为M X e n e s的新型二维材料能同时具备高电导率和表面活性,用其加工组装的薄膜材料在厚度为45μm时电磁屏蔽效能值可高达92d B[7]㊂M X e n e s其实是一种过渡金属碳化物或氮化物,其典型代表T i3C2T x M X e n e(T x表示M X e n e表面终端 O H, O和 F基团)的电导率可超过10000S/c m[8-10],并且其稳定性和导电性等综合性能要优于其他M X e n e㊂目前,T i3C2T x主要用于电化学储能[11-12]㊁催化[13]㊁光热转换[14-15]和复合材料[16]等方面,尤其是在电磁屏蔽领域展现出了巨大的应用前景㊂综述简要介绍了T i3C2T x的制备方法㊁结构特性以及电磁屏蔽机理,并从薄膜到三维块体,概括了T i3C2T x基材料在电磁屏蔽应用方面的重要研究进展㊂此外,对未来T i3C2T x基电磁屏蔽材料的发展方向及趋势进行了展望㊂1T i3C2T x制备方法T i3C2T x是最早发现也是目前研究最为广泛的一种MX e n e,有将近70%的M X e n e研究工作都集中于T i3C2T x,以至于M X e n e成为T i3C2T x的同义词,进而造成了混淆㊂其实,T i3C2T x M X e n e是M X e n e s大家族中的一员㊂制备T i3C2T x的前躯体主要为T i3 A l C2(T i3S i C2也有报道[17]),它属于六方晶系,其层间主要依靠金属键(T i A l键)强作用力连接,因此很难直接通过机械剥离得到单层T i3C2㊂但T i3A l C2中T i A l键结合力小于T i C键,这也就意味着可以通过化学方法在不破坏T i C键的情况下选择性去除A l层,进而得到T i3C2㊂单纯T i3C2很难在实际中存在,其终端表面总是富含 O, O H以及 F等基团㊂因此,T i3C2T x兼具高导电(承自于T i3A l C2)和高度亲水性,这是其他已知二维材料所不具有的特征㊂目前,T i3C2T x主要是通过湿法刻蚀然后再剥离得到㊂1.1H F刻蚀法2011年,N a g u i b等[18]在室温下首次利用H F刻蚀T i3A l C2制备出了T i3C2T x㊂H F能够有效地将T i3A l C2中的A l层完全刻蚀掉,从而得到一种类似于手风琴状的多层结构㊂尽管多层T i3C2T x的层间距得到了有效扩大,但超声等机械剥离仍然难以克服多层T i3C2T x的层间力㊂为了得到单层的T i3C2T x纳米片,人们将有机溶剂[19]和金属离子[20]等插层剂嵌入到多层T i3C2T x的层间,以扩大它的层间距,随后通过超声振荡等手段破坏层间的键力,就能得到单层的T i3C2T x纳米片㊂需要注意的是,H F具有极强的腐蚀性,会对操作人员的身体造成巨大伤害㊂另外,这种方法很难得到低缺陷的单层T i3C2T x㊂1.2原位生成H F刻蚀法为了避免直接使用高危险性的H F,2014年G h i d i u等[21]利用L i F和H C l的混合溶液对T i3A l C2进行刻蚀进而成功制备出了层数较少的T i3C2T x㊂其原理是:L i F和H C l的混合溶液接触到T i3A l C2后,溶液中的H+和F-会在T i3A l C2的表面原位生成H F,进而实现对A l的刻蚀㊂另外,所生成的L i+能自发地51材料工程2021年6月插层进入所生成的多层T i3C2T x层间,从而显著减弱T i3C2T x层间相互作用力,再通过剥离就能很容易得到单层T i3C2T x纳米片㊂与直接使用H F相比,该方法反应温和且更安全有效,避免了使用额外插层剂的步骤;对T i3C2T x晶格的破坏程度更小,制备得到的T i3C2T x的晶格常数c也更大㊂需要注意的是, T i3C2T x表面存在大量裸露的T i原子,容易被氧化而生成不导电的T i O2,而超声过程会加速其氧化,同时也会减小T i3C2T x纳米片的尺寸㊂因此,如需制备低缺陷㊁大横向尺寸的T i3C2T x,应尽可能避免超声㊂最近,G o g o t s i课题组通过利用自制的化学反应器实现了T i3C2T x的规模化合成[22]㊂他们通过比较大批量(50g)和小批量(1g)制备的T i3C2T x,发现这两种批次生产的T i3C2T x性质基本相同,表明T i3C2T x这种M X e n e可以很容易㊁安全和经济地放大至工业级别,这对进一步促进T i3C2T x更广泛的商业应用具有重要的意义㊂因此,原位生成H F刻蚀法是目前制备单层T i3C2T x纳米片最常用和最有效的方法㊂1.3其他刻蚀方法氟化氢铵(N H4H F2)刻蚀法和无氟刻蚀法等方法目前也被用于制备T i3C2T x㊂其中,与H F相比N H4 H F2性质更为缓和,但是产物中存在一定量很难去除的(NH4)3A l F6[23]㊂对于无氟刻蚀法,L i等[24]采用碱辅助水热法成功制备出无氟高纯度T i3C2T x(T x= O H, O,纯度可高达92%),但是这种方法的反应条件略为苛刻㊂Y a n g等[25]则以T i3A l C2为原料在碱性溶液中用电化学方法同样成功刻蚀制备出了无氟的T i3C2T x(T x= O H, O),该方法避免了含氟化合物的使用,是一种有较大发展潜力的制备工艺㊂此外,通过氢氧化钠和硫酸两步法也能刻蚀制备出T i3C2T x,但是较费时费力,且刻蚀效果不佳[26]㊂近期,L i等[27-28]使用路易斯酸氯化物熔盐(如Z n C l2和C u C l2)在高温下合成了以C l基团为表面官能团的T i3C2C l2M X e n e㊂其原理是氯化物是一种路易斯酸,它起到了H F中H+的作用,而C l-与F-的作用相似㊂该方法具有很好的普适性,能够刻蚀制备多种M X e n e (包括T i2C T x,T i3C N T x,N b2C T x,T a2C T x,T i2C T x和T i3C2T x),但是这种制备方法的条件仍然相对苛刻,工艺有待进一步改进㊂2T i3C2T x的结构和性质2.1T i3C2T x的原子结构湿法刻蚀剥离制备的T i3C2T x终端表面通常具有官能团㊂根据 O H和 F的取向,T a n g等[29]将T i3C2T x分为3类,如图1(a),(b)所示㊂A取向的T 官能团处于T i(2)原子的正上方㊂B取向的T官能团处于同侧C原子的正上方㊂Ⅰ型结构的T i3C2T x两侧均为取向A,Ⅱ型两侧均为取向B,Ⅲ型为一侧取向A,另一侧取向B,其中Ⅰ型最稳定㊂官能团在T i3C2两侧随机分布,并无特定顺序,且官能团间也无相关性[30-32]㊂另外,H o p e等[32]发现T i3C2T x并非只存在一种官能团,而是同时存在 O H和 F,并且T i3C2T x片层间的 O H都是不相邻的㊂2.2T i3C2T x的电子结构表面官能团的差异也会引起T i3C2T x的电子差异(图1(c)~(i))㊂图1(a)的3种M X e n e中,Ⅰ型和Ⅲ型表现出半导体性质;Ⅰ型T i3C2F2和Ⅲ型T i3C2 (O H)2的禁带宽度分别为0.04e V和0.05e V;Ⅱ型则表现出金属性质,并且Ⅱ型T i3C2T x在费米能级附近还存在较多的电子态[29]㊂此外,M i r a n d a等[33]制备得到了具有金属性质的单层T i3C2T x,其自由载流子密度和载流子迁移率分别为(8ʃ3)ˑ1021c m-3和(0.7ʃ0.2)c m2㊃V-1㊃s-1㊂2.3T i3C2T x的电学性质T i3C2T x具有极为优异的电导率,但是其制备工艺㊁表面官能团㊁纳米片的尺寸大小和T i3C2T x片层间的界面接触电阻等都会影响其电导率[3]㊂L i等[34]研究发现单层T i3C2T x的导电性能与石墨烯相当,远高于1T M o S2,而多层T i3C2T x的电导率只比其单层结构的低一个数量级,这表明T i3C2T x片层间的接触电阻很低㊂最近,M i r k h a n i等[8]制备了电导率高达14000S/c m的T i3C2T x薄膜,这一数值要远高于实际制备出的石墨烯宏观材料,因此T i3C2T x是一种极具潜力的电磁屏蔽材料㊂3电磁屏蔽机理电磁屏蔽是使用屏蔽体阻断电磁波的传播,使电磁波无法到达屏蔽区域的一种方法,这也是应对电磁干扰最有效的办法㊂通常电磁屏蔽材料的性能用屏蔽效能(s h i e l d i n g e f f i c i e n c y,S E,单位为d B)进行表征, S E=20l g(E1/E2)㊂其中E1,E2分别为有无屏蔽时某点的电场强度,由公式可知,S E值越大,屏蔽效能越好㊂通常屏蔽材料是通过反射㊁吸收及多重反射等作用衰减入射波的能量,因此S E=S E R+S E A+S E M R㊂其中,S E R,S E A和S E M R分别代表反射损耗㊁吸收损耗和多重反射损耗㊂S E R,S E A和S E M R的计算公式如下:S E R=20l g(η0/4ηs)=39.5+10l gσ/(2πfμ)=10l g[1/(1-R)](1)61第49卷 第6期T i 3C 2T x M X e n e基电磁屏蔽材料的研究进展图1 T i 3C 2T 2结构的侧视图(a )和俯视图(b )以及单层T i 3C 2(c ),Ⅰ-T i 3C 2F 2(d ),Ⅱ-T i 3C 2F 2(e ),Ⅲ-T i 3C 2F 2(f ),Ⅰ-T i 3C 2(O H )2(g ),Ⅱ-T i 3C 2(O H )2(h ),Ⅲ-T i 3C 2(O H )2(i )的能带结构[29]F i g .1 S i d e v i e w (a )a n d t o p v i e w (b )o fT i 3C 2T 2s t r u c t u r e a n db a n d s t r u c t u r e s o f t h eT i 3C 2m o n o l a y e r (c ),Ⅰ-T i 3C 2F 2(d ),Ⅱ-T i 3C 2F 2(e ),Ⅲ-T i 3C 2F 2(f ),Ⅰ-T i 3C 2(O H )2(g ),Ⅱ-T i 3C 2(O H )2(h )a n d Ⅲ-Ti 3C 2(O H )2(i )[29]S E A =20l g e (d /δ)=8.7d πf μσ=10l g [(1-R )/T ](2)S E M R =20l g [1-e (2d /δ)](3)式中:η0和ηs 分别代表传播介质和材料的固有阻抗;σ是电导率;f 代表电磁波的频率;μ代表磁导率;d 是材料厚度;δ是趋肤深度(指电磁波能量降低到初始大小的1/e (e 是自然常数,eʈ2.71828)的深度,δ=1/(πf σμ));R 和T 则分别表示反射系数和透射系数,R +A +T =1,其中A 代表吸收系数㊂S E R 是由于屏蔽材料的阻抗与电磁波在空间的传输阻抗不匹配造成的,是屏蔽材料的带电粒子与电磁场发生相互作用的结果,S E R 与材料的尺寸并没有直接关系㊂由式(1)可知,材料的导电性越好,磁导率越低,S E R 越大,如金属材料(铜)的反射损耗较高,可以认为其对电磁波的屏蔽机理是全反射㊂由于T i 3C 2T x 这种M X e n e 电导率非常高,表面存在大量自由电子,当电磁波与T i 3C 2T x (如纯T i 3C 2T x 薄膜)相遇,大部分电磁波会被立刻反射,因此其反射损耗通常较大㊂S E A 是由于电磁波穿过屏蔽材料时,材料中的偶极子与电磁场相互作用将电磁波能量转化成热能而消散造成的㊂由式(2)可知,可以通过提高材料的厚度㊁磁导率㊁电导率(σ过大,反射损耗也增加)和电磁波的频率提高材料的吸收损耗㊂电磁波的吸收是由介电损耗和磁损耗造成的㊂材料的损耗能力通常用损耗因子t a n δ表示,它又可以分为电损耗因子(t a n δε)及磁损耗因子(t a n δμ),公式如下:t a n δε=εᵡ/ε'(4)t a n δμ=μᵡ/μ'(5)式中:μ'(磁导率的实数部分)和ε'(介电常数的实数部分)代表材料储存电磁波的能力;μᵡ(磁导率的虚数部分)和εᵡ(介电常数的虚数部分)则代表材料损耗电磁波的能力㊂因此,损耗因子越大,越有利于电磁波的吸收㊂对于T i 3C 2T x ,由于不含磁性物质,因此μ'ʈ1,μᵡʈ0,其电磁波吸收主要是通过介电损耗(主要包括极化弛豫和电导损耗)进行㊂何朋等[35]通过制备T i 3C 2T x /石蜡复合材料深入地研究了T i 3C 2T x 的电磁波吸收机理,发现电磁波的损耗途径主要是:(1)通过T i 3C 2T x 构成的电导网络以热的形式损耗即电导损耗;(2)T i 3C 2T x 表面缺陷㊁表面官能团以及界面导致的多重弛豫极化损耗;(3)少量电磁波以多重散射的形式损耗㊂S E M R 是指电磁波在屏蔽体内部多个界面处的重复反射与透射造成的电磁波损耗㊂一般S Eȡ15d B 时,S E M R 就可忽略不计㊂当材料厚度远大于趋肤深度δ,多重反射就可忽略,当厚度接近甚至小于趋肤深度时,则必须考虑多重反射[36]㊂另外,多孔结构可以提供更多的重复反射及散射界面,进而导致更大的吸收衰减,所以此时也需考虑多重反射引起的额外吸收损耗㊂对于需要轻质特性的航空航天以及便携式电子设备所用的电磁屏蔽材料,比屏蔽效能(s p e c i f i cE M I s h i e l d i n g ef f e c t i v e n e s s ,S S E ,S E /单位密度)是较重要的指标参数㊂但通过增加材料的厚度就能显著提高S S E ,这会使产品的质量增大㊂为了避免材料的厚度和密度对屏蔽效果的影响,绝对屏蔽效能(S S E /t ,其71材料工程2021年6月中t代表材料的厚度)是一个更加重要的评估指标㊂但是S S E/t会随着材料厚度的增加而降低,因此两种材料的S S E/t大小需要在相同的厚度下比较才有意义㊂4T i3C2T x基电磁屏蔽材料T i3C2T x具有高电导率㊁表面化学组成可控㊁高比表面积㊁易分散加工等优势,这使得其成为组装构建高性能电磁屏蔽材料的理想选择㊂其中高导电性是T i3C2T x材料具有高电磁屏蔽性能最主要的原因㊂通常,材料的厚度越大,其S E值会随之增大㊂但在厚度一致时,T i3C2T x的S E值与纯金属薄膜相当,而后者的电导率比T i3C2T x的要高两个数量级,这表明T i3C2T x的二维层状结构也发挥了较大的屏蔽作用㊂T i3C2T x独特的表面亲水化学结构和高导电性,使得这种二维材料易于加工和设计,由其组装的薄膜材料和三维多孔材料均展现出了极为优越的电磁屏蔽性能㊂4.1T i3C2T x基薄膜电磁屏蔽材料2016年,S h a h z a d等[7]采用原位生成H F刻蚀法(L i FʒT i3A l C2=7.5ʒ1)制得T i3C2T x纳米片,然后通过真空抽滤制备出柔性的T i3C2T x薄膜㊂这种T i3C2T x薄膜的电导率为4600S/c m,远大于M o2T i C2T x和M o2T i2C3T x两种M X e n e(图2(a)),因而其S E值也显著大于M o2T i C2T x和M o2T i2C3T x(图2(b))㊂当T i3C2T x薄膜厚度为45μm时,S E值可达92d B,这就意味着高达99.99999994%的入射电磁波会被屏蔽掉,性能超过了目前几乎所有的合成电磁屏蔽材料,使得T i3C2T x这种M X e n e材料在电磁屏蔽领域中展现出巨大的应用优势㊂另外,即使加入10% (质量分数,下同)的绝缘海藻酸钠,在厚度为8μm时,所构建的T i3C2T x/海藻酸钠复合薄膜的S E值仍然可高达57d B(图2(c))㊂经过分析得出,T i3C2T x薄膜优异的电磁屏蔽性能主要源自于其高的导电性,部分则来源于特殊的层状结构(图2(d))㊂当电磁波入射到高导电性的T i3C2T x薄膜表面时,由于空气与表面富含丰富自由电子的高导电T i3C2T x薄膜的界面处于高阻抗失配,因此大部分电磁波会立即被反射㊂剩余的电磁波在通过T i3C2T x晶格结构时,会与具有高电子密度的T i3C2T x发生相互作用并产生感应涡流,进而导致欧姆损耗以造成电磁波能量的急剧衰减㊂经过第一层T i3C2T x后残余的电磁波会继续遇到下一个阻挡层,进而重复相同的电磁波反射和衰减过程㊂由于T i3C2T x薄膜是由数千甚至上万层的T i3C2Tx图2 M X e n e s材料的电磁屏蔽性能及机理[7](a)T i3C2T x的电导率;(b)厚度约为2.5μm时T i3C2T x膜的S E值;(c)厚度约为8~9μm时T i3C2T x-海藻酸钠复合膜的S E值;(d)T i3C2T x膜的电磁屏蔽机理F i g.2 E M I s h i e l d i n gp e r f o r m a n c e a n dm e c h a n i s mo fM X e n e sm a t e r i a l s[7](a)e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y o fT i3C2T x;(b)E M I S Eo fT i3C2T x a t a t h i c k n e s s o f a b o u t2.5μm;(c)E M I S Eo fT i3C2T x-s o d i u ma l g i n a t e c o m p o s i t e s a t a t h i c k n e s s o f8μmt o9μm;(d)p r o p o s e dE M I s h i e l d i n g m e c h a n i s mf o rT i3C2T x f i l m81第49卷第6期T i3C2T x M X e n e基电磁屏蔽材料的研究进展纳米片组成,因而起到了多重散射和内部反射,最终使电磁波以热量的形式耗散殆尽㊂尽管上述T i3C2T x薄膜的S E值大于15d B,但是由于它的层状结构特性,多重内反射仍然不可忽略,这是因为重复反射的电磁波在材料中会以热的形式被吸收或耗散,因而它的贡献最终都被呈现在吸收效能中[37-39]㊂此外,T i3C2T x纳米片表面的T i和端基基团( F, O,或 O H)之间可能会产生局部偶极子,能引起偶极极化进而提高整体屏蔽性能㊂上述发表在‘S c i e n c e“上的工作开创了T i3C2T x M X e n e材料在电磁屏蔽领域应用的先河,为构建新一代高性能电磁屏蔽材料提供了新的机遇,国内外研究学者在上述工作基础上也纷纷跟进,并不断刷新T i3C2T x基材料S E 值的记录㊂本课题组吕通等[40]采用原位生成H F法成功制备出了大片单层低缺陷的T i3C2T x,通过真空抽滤法制得的T i3C2T x薄膜电导率可达3280S/c m,厚度为8μm时S E值高达60.6d B㊂为了探究单层和少层T i3C2T x的电磁屏蔽性能,Y u n等[2]采用层层自组装法构建出了具有不同层数的T i3C2T x薄膜(图3(a)),单层薄膜能实现20%的屏蔽效果,而当层数达到24层时(厚度为55n m)的S E值为20d B,从而能屏蔽掉99%的电磁波,并且其S S E/t达到惊人的3.89ˑ106d B㊃c m2㊃g-1㊂因此,使用很薄的T i3C2T x薄膜就可以达到厚重金属箔以及碳基复合材料的屏蔽效果,有望用于下一代轻便的微型电子器件和航空航天领域中㊂然而T i3C2T x薄膜在作为电磁屏蔽材料时存在力学性能较差的问题,这严重限制了T i3C2T x薄膜的实际应用㊂针对上述问题,C h e n等[9]发现T i3C2T x薄膜力学性能较差的主要原因是其层间存在残留的插层剂(如L i+),并且这些外援插层剂也会导致T i3C2T x 薄膜的导电性和耐水稳定性变差㊂为了解决这个问题,他们用质子酸溶液(0.1m o l/L的H C l)置换纳米片上吸附的插层剂,从而得到不含插层剂的纯净T i3C2T x薄膜(图3(b))㊂纯净的T i3C2T x薄膜电导率能从4620S/c m提高至10400S/c m,同时力学性能也能从10M P a提高至112M P a㊂最重要的是纯净T i3C2T x薄膜能在水氧环境中长期存在而不损失电导率和结构完整性㊂在厚度为3μm时纯净的T i3C2T x 薄膜的S E值为60d B(未处理T i3C2T x薄膜的S E值约图3 T i3C2T x薄膜的电磁屏蔽特性(a)单层及5层T i3C2T x薄膜的断面T E M图及不同层数T i3C2T x薄膜在X波段下电磁屏蔽S E值[2];(b)0.1m o l/L H+诱导前后T i3C2T x薄膜的外观和横截面S E M图及各种材料在不同厚度下的电磁干扰屏蔽性能比较[9];(c)A l3+增强T i3C2T x薄膜制备示意图及相关性能[41];(d)交替多层T i3C2T x/C N F复合薄膜微观结构及相关性能[43]F i g.3 E M I s h i e l d i n gp r o p e r t y o fT i3C2T x f i l m(a)c r o s s-s e c t i o n a lT E Mi m a g e s o fm o n o l a y e r a n d5-l a y e r a s s e m b l e dT i3C2T x f i l m s a n dE M I S Ev a l u e s i nX-b a n d r a n g e[2];(b)a p p e a r a n c e a n d c r o s s-s e c t i o n a l S E Mi m a g e s o fT i3C2T x f i l m sw i t h/w i t h o u t0.1m o l/L H+t r e a t m e n t a n d t h ec o m p a r i s o no fE M I S Ev e r s u s t h i c k n e s s a c r o s s aw ide r a n g e o fm a t e r i a l s[9];(c)s c h e m a t i c i l l u s t r a t i o no ff a b r i c a t i o no fA l3+t r e a t e dT i3C2T x f i l ma n d i t s p r o p e r t i e s[41];(d)m i c r o s t r u c t u r e o f a l t e r n a t i n gm u l t i l a y e r e dC N F@T i3C2T x f i l m s a n d i t s p r o p e r t i e s[43]91材料工程2021年6月50d B)㊂另外,L i u等[41]利用A l3+增强了T i3C2T x纳米片层之间的界面结合,使T i3C2T x薄膜的力学性能显著提升㊂但是A l3+的引入同时增加了层间距,使得电导率轻微下降,但是T i3C2T x薄膜的电导率仍然高达2656S/c m㊂在薄膜厚度为15μm时,其S E值也可高达52.8d B(图3(c))㊂为了进一步提高T i3C2T x薄膜的柔韧性和断裂拉伸性能,考虑到T i3C2T x这种MX e n e具有活性表面,研究者们尝试将T i3C2T x与聚合物进行复合㊂纤维素纳米纤维(C N F s)是一种具有发展潜力的高分子材料,它具有一维纳米结构㊁机械强度高㊁亲水性强等优点,常常作为复合材料的力学增强体使用㊂C a o 等[42]在T i3C2T x片层间引入C N F s,通过真空抽滤制备得到了具有类似 砖泥结构 的T i3C2T x/C N F s复合薄膜㊂C N F s与T i3C2T x存在氢键作用,显著提高了复合材料的强度和韧性,其拉伸强度和断裂应变分别为135.4M P a和16.7%㊂当T i3C2T x含量为80%时,复合薄膜的S E值为25.8d B㊂此外,Z h o u等[43]通过交替抽滤制备出了T i3C2T x/C N F s复合薄膜,在厚度为35μm时,其S S E/t达到7029d B㊃c m2㊃g-1(图3(d))㊂他们解释了这种 三明治 结构交替薄膜的电磁屏蔽机理以及性能优异的原因主要为:由于高阻抗失配,当遇到导电T i3C2T x基复合薄膜时,大部分入射电磁波(>90%)会被立即反射㊂然后,入射的电磁波在通过T i3C2T x基薄膜时,与高密度载流子(如电子㊁空穴和偶极子)相互作用,在界面㊁缺陷㊁终端基团等处产生大量极化和损耗㊂因此从宏观上看,上述相互作用和损耗导致了电磁波能量的急剧衰减㊂另外,这种交替薄膜能够极大地增加界面的阻抗失配,从而增强入射电磁波在界面的反射㊂当电磁波从第一层T i3C2T x穿过时,由于C N F层和T i3C2T x层之间的高阻抗失配,充当下一阻挡层的第二层T i3C2T x将再次反射透射的电磁波㊂在后续的T i3C2T x层中,透射的电磁波可以一次又一次地以 之字形 反射,进而导致透射率很小㊂另外,C a o等[44]也通过交替抽滤制备了具有多级结构且力学性能㊁电磁屏蔽性能优异的C N T s/T i3C2T x/C N F s复合纸,复合薄膜的拉伸强度及断裂应变分别为97.9M P a和4.6%,电导率为2506.6S/m,S E值高达38.4d B㊂将T i3C2T x与可大变形的聚合物进行复合能进一步拓展其实际应用㊂L u o等[45]通过真空抽滤的方法制备了柔性高导电的T i3C2T x/天然橡胶复合薄膜㊂天然橡胶和T i3C2T x二者的负电荷导致了静电斥力的形成,这使得T i3C2T x纳米片选择性地分布在天然橡胶粒子的表面,并且在T i3C2T x用量很低时就能形成导电网络㊂当T i3C2T x体积分数为6.71%时,复合薄膜的电导率为1400S/m,S E值为53.6d B㊂而且,三维的T i3C2T x网络也使天然橡胶的拉伸强度和模量分别提高700%和15000%㊂T i3C2T x分散液具有胶体的特性,因此将其负载在其他基底上很容易形成薄膜,C h o i等[46]在纳米槽天线阵列上通过滴涂法,制备了超薄T i3C2T x薄膜,发现T i3C2T x薄膜具有优异的太赫兹电磁波屏蔽性能㊂开槽天线(天线宽度500n m)顶部存在T i3C2T x时,其太赫兹波透射率大大降低,在频率为0.1T H z时,S E 值可达20d B(T i3C2T x薄膜厚度为210n m)㊂此外, V u r a l等[47]结合了T i3C2T x与喷墨打印的优点,设计了一种基于T i3C2T x的油墨并首次将其在不同基底上进行喷墨打印作为刺激响应电极㊂当基底为P E T 时,T i3C2T x基电极的电导率为1080S/c m,在电极厚度为1.35μm时,其S E值高达50d B㊂大规模制备柔性㊁透明㊁具有高电磁屏蔽性能的智能设备是现今的研究热点,W e n g等[48]通过旋转喷涂层层自组装技术(S S L B L)制备了柔性且厚度㊁透明度及电导率都可控的T i3C2T x/碳纳米管(C N T)复合薄膜(图4(a))㊂与传统的浸涂法相比,该方法效率显著提高(几分钟v s几天)㊂S S L B L可以逐层地将带有相反电荷材料组装起来㊂他们通过在具有相反电荷的高分子层中加入碳纳米管(C N T s)和T i3C2T x(一层是T i3C2T x-P V A,带正电;一层是C N T-P S S,带负电),成功制得了高达数百个双层单位的复合薄膜㊂其中, C N T与T i3C2T x层之间的强烈静电与氢键结合作用赋予复合薄膜高柔韧性㊂而且,分散于各层内的T i3C2T x 与C N T本身具备优良的导电性,加上这种层层叠加的特殊结构,使其展现出了非常优异的电磁屏蔽性能,其中高导电半透明T i3C2T x/C N T复合薄膜电导率可达130S/c m,S S E/t值可达58187d B㊃c m2㊃g-1㊂科技的发展也促进了传统纺织品的变革,使其更趋于多功能化,但新功能的引入也可能破坏纺织物原有结构和特性㊂W a n g等[49]将防水㊁防寒及电磁屏蔽等新功能与传统织物的透气性和可洗涤性结合起来制备了多功能织物(图4(b))㊂为了提高织物的结构稳定性同时赋予其优异的电磁屏蔽性能,他们将原位聚合的聚吡咯改性T i3C2T x沉积到聚对苯二甲酸乙二醇酯织物表面,另外为了提高防水性能,使用了硅树脂涂层㊂该多功能织物电导率高达1000S/m,厚度为1.3m m时其S E值高达90d B㊂为了提高多功能织物的疏水能力㊁透气性及电磁屏蔽性能,同时使织物具备湿度监测(图4(c))功能,L i u等[50]进一步通过真空辅助层层组装喷雾法,在织物上负载T i3C2T x及银纳米02。
电磁屏蔽橡胶复合材料研究进展
中图分类号: ＴＱ３３３ 文献标识码: Ａ 文章编号: １００５－５７７０ (２０２１) ０６－０００９－０５
开放科学 ( 资源服务) 标识码 ( ＯＳＩＤ) :
ｄｏｉ: １０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １００５－５７７０ ２０２１ ０６ ００３
好的电磁屏蔽橡胶复合材料受到了科研工作者们越来越多的
关注ꎮ 电磁屏蔽橡胶的制备方法是向橡胶填充导电或导磁填
料ꎮ 近年来ꎬ 其所用填料逐渐向高性能化发展ꎬ 主要包括碳
材料 / 铁氧体复合填料和新型纳米导电填料ꎮ 此外ꎬ 高效导电
网络结构的设计和调控ꎬ 也是制备屏蔽效能更高、 应用范围
更广的电磁屏蔽橡胶的重要途径ꎮ
(３)
１/２
式中ꎬ μ ｒ －相对磁导率ꎻ σ－电导率ꎻ ε０ －空气介电常数ꎻ ｔ－屏
蔽材料厚度ꎻ ω－角频率ꎮ
对屏蔽材料而言ꎬ 损耗电磁波能量的主要方式是吸收损
耗而不是反射损耗
[３]
ꎬ 由上式可知ꎬ 材料的电导率和磁导率
越高ꎬ 其电磁屏蔽性能越好ꎮ
电磁屏蔽橡胶的基体材料包括天然橡胶、 硅橡胶、 丁腈
Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ Ｒｕｂｂｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ＨＥ Ｑｉｎ１ ꎬ ＷＡＮＧ Ｊｉａｎ￣ｓｈｕ２ ꎬ ＨＥ Ｘｉａｎ￣ｒｕ１
(１. Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓꎬ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１０５００ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
随着电子设备和无线通讯的高速发展ꎬ 电磁干扰以及电
磁污染成为了影响电器元件正常工作和危害人类健康的一个
高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的研究
高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的研究一、概述随着现代电子技术的飞速发展，电磁辐射问题日益突出，电磁屏蔽和吸波材料在军事、航空航天、通信、电子设备等领域的应用越来越广泛。
碳基电磁屏蔽及吸波材料因其轻质、高强度、高导电性、高导热性、良好的化学稳定性等优点，受到了广泛关注。
高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的研究不仅有助于解决日益严重的电磁污染问题，而且对于推动新材料领域的发展具有重要意义。
目前，高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的研究主要集中在碳纳米管、石墨烯、碳纤维等碳材料的应用上。
这些碳材料具有优异的电磁性能，如高电导率、高电磁屏蔽效能、良好的吸波性能等，使得它们在电磁屏蔽和吸波领域具有广阔的应用前景。
高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的制备技术仍然面临一些挑战，如制备工艺复杂、成本较高、性能稳定性等问题。
本文旨在探讨高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的研究进展，分析其制备技术、性能特点以及应用前景。
通过综述相关文献，本文旨在为高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的研发和应用提供理论支持和参考。
同时，本文还将探讨未来高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的发展趋势和挑战，以期推动该领域的研究和发展。
1. 电磁辐射污染问题的严重性随着现代科技的飞速发展，电磁辐射污染问题日益凸显，成为亟待解决的环境污染问题之一。
电磁辐射污染主要来源于各类电子设备、通信设施、广播电视塔等，它们在工作过程中会产生不同频率的电磁波，对周围环境造成污染。
这种污染不仅会影响人类健康，如引发头痛、失眠、记忆力减退等症状，还可能对电子设备产生干扰，影响其正常运行。
电磁辐射污染问题的严重性不容忽视。
一方面，随着电子产品的普及和通信技术的快速发展，电磁辐射污染的范围和强度不断扩大，对人类健康的潜在威胁日益加剧。
另一方面，电磁辐射还可能对生态环境造成长期影响，如影响植物生长、干扰动物迁徙等。
研究和开发高性能的电磁屏蔽及吸波材料，对于减少电磁辐射污染、保护人类健康和生态环境具有重要意义。
电磁场辅助下金属材料变形控制实验
电磁场辅助下金属材料变形控制实验一、引言电磁场辅助下金属材料变形控制是一个具有重要理论和实际应用价值的研究领域。
随着现代工业的发展，对金属材料的性能和加工精度要求越来越高。
传统的金属材料变形控制方法在某些方面存在局限性，而电磁场辅助技术为解决这些问题提供了新的途径。
二、电磁场辅助下金属材料变形的理论基础1. 电磁场与金属材料的相互作用电磁场对金属材料的作用主要体现在电磁力的产生上。
当金属材料处于电磁场中时，会受到电磁力的作用。
这种电磁力可以改变金属材料内部的应力分布，从而影响其变形行为。
电磁力的大小和方向取决于电磁场的强度、方向以及金属材料的电磁特性。
2. 金属材料的变形机制金属材料的变形机制主要包括位错运动、孪生变形和扩散蠕变等。
在电磁场辅助下，这些变形机制会受到不同程度的影响。
例如，电磁场可以促进位错的运动，降低位错运动的阻力，从而使金属材料更容易发生变形。
同时，电磁场也可以影响孪生变形的发生和发展，改变孪生变形的方向和程度。
三、实验设计与装置1. 实验材料的选择选择合适的金属材料是实验成功的关键。
在本实验中，选择了几种具有代表性的金属材料，如铝合金、铜合金和钢铁等。
这些金属材料在工业中具有广泛的应用，并且其电磁特性和变形行为具有一定的差异，便于研究电磁场对不同金属材料变形的影响。
2. 电磁场发生装置设计并搭建了一套电磁场发生装置。
该装置能够产生不同强度和频率的电磁场。
通过调节电磁场发生装置的参数，可以精确控制电磁场的强度和频率，从而研究电磁场强度和频率对金属材料变形的影响。
3. 变形测量装置为了准确测量金属材料在电磁场辅助下的变形情况，采用了高精度的变形测量装置。
该装置能够实时测量金属材料的应变、位移等变形参数，为研究金属材料的变形行为提供了准确的数据支持。
四、实验过程与结果分析1. 不同电磁场强度下金属材料的变形在实验中，首先研究了不同电磁场强度对金属材料变形的影响。
结果表明，随着电磁场强度的增加，金属材料的变形量逐渐增大。
电磁缺陷修复材料研究进展
_______________________________收稿日期：2013-6-10基金项目：国家自然科学基金资助项目（51025208）电磁缺陷修复材料研究进展陈海燕，谢建良，周佩珩，陆海鹏，邓龙江*(电子科技大学，国家电磁辐射控制材料工程技术研究中心，四川 成都 610054)摘 要: 研究了电磁缺陷修复材料在飞行器边缘、缝隙等表面电磁缺陷散射控制中的应用，阐述了其原理和发展状况。
给出了表面电磁缺陷的基本定义，分析了其散射特点，并提出电磁缺陷修复原理及基本方法。
电磁缺陷修复材料主要包括用于表面波抑制的磁性材料、用于窄缝隙保证电连续的导电材料和用于边缘散射控制的渐变阻抗材料等三类，本文重点介绍了用于边缘散射控制的渐变阻抗材料。
该渐变阻抗材料基于图形渐变频率选择表面的概念，加载于边缘考虑平行极化和垂直极化两种情况，并与边缘锯齿化和未加载情况进行比较。
从研究情况来看，经过恰当的材料选取和合理的阻抗梯度设计，渐变阻抗材料可以有效控制边缘散射，并能取得宽带效果。
最后展望了渐变阻抗材料在电磁散射及电磁辐射领域的应用前景。
关键词: 电磁缺陷；渐变阻抗材料；边缘散射；电磁缺陷修复材料中图分类号：TN34 文献标识码： A 文章编号：1674—3962 (2013)01-Research Development of Electromagnetic Discontinuities RepairingMaterialsHai-Yan Chen, Jian-Liang Xie, Pei-Heng Zhou, and Hai-Peng Lu, Long-Jiang Deng *.(University of Electronic Science and Technology of China,National Engineering Research Center of Electromagnetic Radiation Control Materials, Chengdu, 610054, China)Abstract: The theory, application and development of electromagnetic discontinuities repairing materials in scattering controlling of electromagnetic discontinuities such as edge, gaps and grooves, and steps, are described in this paper. The definition and characteristic of surface electromagnetic discontinuities are analyzed, and the theory and methods for repairing electromagnetic discontinuities are also proposed. Electromagnetic discontinuities repairing materials including magnetic materials for suppression of surface wave, conductive materials for repairing the narrow gaps or grooves, and the tapered impedance materials for controlling edge scattering are discussed respectively, and one of which, the tapered impedance materials are illustrated particularly. The tapered resistive materials realized by geometric variation based on frequency-selective surfaces concepts is demonstrated having good suppression of edge scattering from a triangular metallic plate. Electromagnetic back-scattering of the as-prepared target from a triangular plate with edge tapered resistive sheet loading is proposed for both horizontal polarization and vertical polarization, and compared with that from the one of the same shape but loaded with serrated shaping or none resistive sheet on the edge.The results show that the tapered impedance materials can regulate effect edge scattering by choosing the appropriate materials and devising the reasonable gradient characteristic of the impedance. Some viewpoints of the tapered impedance material ’s future application in electromagnetic scattering and electromagnetic radiation domains are proposed.Keywords : Electromagnetic discontinuities, Tapered impedance material, Edge scattering, Electromagnetic discontinuities repairingmaterials1引言隐身能力是新一代作战飞行器最重要的技术特征之一[1]。
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_______________________________收稿日期：2013-6-10基金项目：国家自然科学基金资助项目（51025208）电磁缺陷修复材料研究进展陈海燕，谢建良，周佩珩，陆海鹏，邓龙江*(电子科技大学，国家电磁辐射控制材料工程技术研究中心，四川 成都 610054)摘 要: 研究了电磁缺陷修复材料在飞行器边缘、缝隙等表面电磁缺陷散射控制中的应用，阐述了其原理和发展状况。
给出了表面电磁缺陷的基本定义，分析了其散射特点，并提出电磁缺陷修复原理及基本方法。
电磁缺陷修复材料主要包括用于表面波抑制的磁性材料、用于窄缝隙保证电连续的导电材料和用于边缘散射控制的渐变阻抗材料等三类，本文重点介绍了用于边缘散射控制的渐变阻抗材料。
该渐变阻抗材料基于图形渐变频率选择表面的概念，加载于边缘考虑平行极化和垂直极化两种情况，并与边缘锯齿化和未加载情况进行比较。
从研究情况来看，经过恰当的材料选取和合理的阻抗梯度设计，渐变阻抗材料可以有效控制边缘散射，并能取得宽带效果。
最后展望了渐变阻抗材料在电磁散射及电磁辐射领域的应用前景。
关键词: 电磁缺陷；渐变阻抗材料；边缘散射；电磁缺陷修复材料中图分类号：TN34 文献标识码： A 文章编号：1674—3962 (2013)01-Research Development of Electromagnetic Discontinuities RepairingMaterialsHai-Yan Chen, Jian-Liang Xie, Pei-Heng Zhou, and Hai-Peng Lu, Long-Jiang Deng *.(University of Electronic Science and Technology of China,National Engineering Research Center of Electromagnetic Radiation Control Materials, Chengdu, 610054, China)Abstract: The theory, application and development of electromagnetic discontinuities repairing materials in scattering controlling of electromagnetic discontinuities such as edge, gaps and grooves, and steps, are described in this paper. The definition and characteristic of surface electromagnetic discontinuities are analyzed, and the theory and methods for repairing electromagnetic discontinuities are also proposed. Electromagnetic discontinuities repairing materials including magnetic materials for suppression of surface wave, conductive materials for repairing the narrow gaps or grooves, and the tapered impedance materials for controlling edge scattering are discussed respectively, and one of which, the tapered impedance materials are illustrated particularly. The tapered resistive materials realized by geometric variation based on frequency-selective surfaces concepts is demonstrated having good suppression of edge scattering from a triangular metallic plate. Electromagnetic back-scattering of the as-prepared target from a triangular plate with edge tapered resistive sheet loading is proposed for both horizontal polarization and vertical polarization, and compared with that from the one of the same shape but loaded with serrated shaping or none resistive sheet on the edge.The results show that the tapered impedance materials can regulate effect edge scattering by choosing the appropriate materials and devising the reasonable gradient characteristic of the impedance. Some viewpoints of the tapered impedance material ’s future application in electromagnetic scattering and electromagnetic radiation domains are proposed.Keywords : Electromagnetic discontinuities, Tapered impedance material, Edge scattering, Electromagnetic discontinuities repairingmaterials1引言隐身能力是新一代作战飞行器最重要的技术特征之一[1]。
雷达系统是军事系统领域迄今为止最为有效的目标探测工具，它根据目标对雷达波的散射特性判定目标的性质。
雷达隐身技术成为最重要的一类技术，得到了世界各国的广泛关注，并取得了飞速发展。
目前隐身技术主要手段包括：外形隐身，雷达吸波材料RAM （Radar absorbing materials ）的应用，有源对消和无源对消[2]。
随着雷达隐身技术的发展，飞行器雷达舱、座舱、进气道等强散射源得到了有效控制[3]，这时，飞行器表面结构大量存在的缝隙、台阶、以及不可避免的边缘等弱散射源的隐身问题凸显，占总体散射的比重大大增加。
这些弱散射源如不加以控制，极大限制了极低RCS （Radar cross section ）装备的研制。
2基本定义2.1 电磁缺陷电磁缺陷被定义为在几何上或电特性上的任何突变[4]，主要包括边缘、缝隙、材料突变等，典型的电磁缺陷如图1所示。
目前飞行器等隐身目标的设计中，已经对目标进行了优化的结构隐身，有效抑制了镜面、角体等强散射源散射，而边缘、缝隙、材料突变等表面电磁缺陷这样的次散射源占总体散射的比重大大增加，且在某些极化和威胁角下的影响是非常明显的。
而且表面电磁缺陷往往是隐身装备不可避免的，比如隐形战机F22存在大量的表面电磁缺陷[5]，如图2所示。
因此，对边缘、缝隙、材料突变等表面电磁缺陷的散射机理及其后向RCS 减缩是进一步提高目标隐身特性的重要研究方向。
图1 典型电磁缺陷结构（其中-iP 表示入射波，s P -表示散射波） Fig1. Typical structures of electromagnetic discontinuities (where -i P is the incidence wave, and s P -is the scattering wave.).图2 F22战机表面电磁缺陷Fig. 2 Surface electromagnetic discontinuities of aircraft F22.散射源的散射特性与频率关系密切，G . T. Ruck 编著的《Radar cross section handbook 》给出了各种散射源的散射特性与波长（频率）之间的关系[6]，如表1所示。
来自镜面的强散射源，其雷达散射截面随着频率增加而增加，但电磁缺陷的雷达散射截面却随着频率的减小而增大的，比如尖端、多绕射边缘、二阶或高阶表面不连续缺陷、爬行波等的雷达散射截面与自由空间波长的平方甚至高次幂成正比，即与电磁波频率的平方甚至高次幂成反比。
因此，电磁缺陷的低频段电磁散射贡献远高于高频段。
表1 散射源散射特性与波长关系Table 1 Relationships between the scattering characteristics ofelectromagnetic scattering sources and wavelength2.2 电磁缺陷修复基本方法及原理本文探讨的电磁缺陷修复基本方法及原理仅限于雷达隐身材料的应用，而外形设计、有源或无源对消技术不予考虑。
针对边缘、尖端等表面电磁缺陷，其控制策略主要包括：用磁性类或介电类吸波涂层减小表面电流从而减小行波和爬行波回波；采用阻抗渐变结构（可以扩展至体边缘）以衰减边缘绕射回波和控制来自表面镜面回波的旁瓣[7]。
针对缝隙类表面电磁缺陷，其散射特性具有极化敏感性，电场极化方向与缝隙长边正交投影（只考虑窄缝隙情况），决定了其散射特性。
控制二维窄槽电磁散射，运用RAM 技术受到较大局限，二维窄槽的形状及其分布对其RCS 影响很大，采用导电性好的材料填充以保证其电连续是有效控制其散射的最佳方法[8]。
3电磁缺陷修复材料3.1磁性材料表面波是边缘、缝隙等表面电磁缺陷重要的散射机制，表面波传输至边缘、缝隙、几何突变等表面电磁缺陷，会产生强的回波贡献于后向散射，根据电磁波传输互易性，平面波入射到表面电磁缺陷将产生表面波。
磁性材料作为表面电磁缺陷修复材料中重要的一类材料，主要目的在于将表面波到达表面电磁缺陷之前尽可能衰减吸收。
Collin[9]发现感性阻抗表面只能传输磁场平行于表面的这种极化的束缚波。
金属表面其感抗和电阻相等，其表面电阻很低，则表面行波衰减是可以忽略，在遇到边缘等表面电磁缺陷会对RCS产生贡献。