低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能調(diào)控與應(yīng)用探索一、引言1.1研究背景與意義在當(dāng)今數(shù)字化和信息化高度發(fā)展的時(shí)代，電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用給人們的生活和工作帶來了極大的便利，但與此同時(shí)，電磁輻射污染問題也日益嚴(yán)峻，已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)之一。電磁輻射污染被世界衛(wèi)生組織列為繼水污染、大氣污染、噪聲污染之后的第四大污染，聯(lián)合國(guó)人類環(huán)境會(huì)議也將其列為環(huán)境保護(hù)項(xiàng)目。隨著城市化進(jìn)程的加快，越來越多的變電站、廣播電視塔、移動(dòng)通信基站等設(shè)施在人口密集區(qū)域涌現(xiàn)，在滿足人們對(duì)能源和便捷生活需求的同時(shí)，也給周邊環(huán)境帶來了電磁輻射污染隱患。電磁輻射看不見、摸不著，產(chǎn)生電磁輻射的設(shè)備大多是人們?nèi)粘Ｉ钪械某Ｓ秒娖?，如手機(jī)、電熱毯、電磁爐、醫(yī)療器械、電子儀器等。當(dāng)電磁輻射強(qiáng)度超過人體所能承受的或儀器設(shè)備所能容許的限度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電磁污染。電磁污染不僅會(huì)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、廣播、通信和信息等設(shè)備的正常運(yùn)行造成干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、儀器誤動(dòng)作甚至控制失效，引發(fā)災(zāi)難性后果；還會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害，是心血管疾病、糖尿病、癌突變的主要誘因，對(duì)人體生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)造成直接傷害，也是造成流產(chǎn)、不育、畸胎等病變的誘發(fā)因素，過量的電磁輻射還會(huì)直接影響大腦組織發(fā)育、骨髓發(fā)育、視力下降等。為了解決電磁干擾和電磁輻射問題，電磁屏蔽技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并在電子、通信、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。電磁屏蔽復(fù)合材料作為一種新型電磁屏蔽材料，因其具有屏蔽效果好、重量輕、易于加工等優(yōu)點(diǎn)，在電磁屏蔽領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的聚合物基電磁屏蔽復(fù)合材料的電磁屏蔽性能主要依靠其表面的高導(dǎo)電性能，然而這會(huì)導(dǎo)致與自由空間的阻抗失配，容易對(duì)環(huán)境造成二次污染。在一些對(duì)電磁環(huán)境要求嚴(yán)苛的特殊場(chǎng)合，如高精密電子儀器設(shè)備內(nèi)部，強(qiáng)反射回的電磁波會(huì)干擾儀器設(shè)備本身的正常工作。因此，開發(fā)具有低反射特性的電磁屏蔽復(fù)合材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。熱塑性聚氨酯（TPU）是一種基于聚氨基甲酸酯結(jié)構(gòu)的彈性體材料，其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)賦予了TPU優(yōu)異的物理性能和化學(xué)穩(wěn)定性，如高強(qiáng)度、高韌性以及耐磨、耐寒、耐油等特性。TPU材料在輪胎、鞋材、膠帶、管材等傳統(tǒng)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)的不斷拓展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，已逐漸涉足國(guó)防軍工、運(yùn)動(dòng)裝備、電子電器、醫(yī)療衛(wèi)生、資源勘探等高端制造領(lǐng)域。以TPU為基體的電磁屏蔽復(fù)合材料，不僅有望繼承TPU本身的優(yōu)良特性，還可能通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和填料選擇，實(shí)現(xiàn)低反射的電磁屏蔽性能。綜上所述，本研究聚焦于低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能研究，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。從理論層面來看，深入探究TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與電磁屏蔽性能之間的關(guān)系，尤其是低反射性能的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，有助于豐富和完善電磁屏蔽材料的理論體系，為后續(xù)相關(guān)材料的研發(fā)提供理論指導(dǎo)。在實(shí)際應(yīng)用方面，研發(fā)出的低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、通信基站、航空航天等領(lǐng)域，有效降低電磁輻射對(duì)設(shè)備本身及周圍環(huán)境的影響，提高設(shè)備的電磁兼容性和可靠性，保障人體健康和環(huán)境安全，同時(shí)也有助于推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1低反射電磁屏蔽復(fù)合材料研究現(xiàn)狀在電磁屏蔽材料的發(fā)展歷程中，早期主要聚焦于提高屏蔽效能，隨著應(yīng)用場(chǎng)景的拓展和對(duì)電磁環(huán)境要求的提升，低反射電磁屏蔽復(fù)合材料逐漸成為研究熱點(diǎn)。國(guó)外在低反射電磁屏蔽復(fù)合材料的研究起步較早，取得了一系列具有代表性的成果。美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)通過在傳統(tǒng)屏蔽材料表面構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)，有效調(diào)節(jié)了材料與自由空間的阻抗匹配，降低了電磁波的反射。其研究表明，在特定頻段內(nèi)，反射系數(shù)可降低至0.2以下，顯著提升了電磁屏蔽材料的綜合性能。韓國(guó)的科研人員則致力于開發(fā)新型的復(fù)合結(jié)構(gòu)屏蔽材料，將多層不同電磁參數(shù)的材料進(jìn)行優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁波的高效吸收和低反射。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在X波段，該復(fù)合材料的屏蔽效能達(dá)到60dB以上，同時(shí)反射系數(shù)低于0.15，在通信設(shè)備的電磁防護(hù)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究近年來也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。西北工業(yè)大學(xué)顧軍渭教授團(tuán)隊(duì)在《AdvancedMaterials》發(fā)表論文，通過制備異質(zhì)結(jié)構(gòu)MXene@Ni電磁功能填料，并以聚對(duì)苯撐苯并二噁唑納米纖維（PNF）為基體，采用分層模塊設(shè)計(jì)理念，經(jīng)逐層冷凍干燥技術(shù)制備出(MXene@Ni/PNF)-(MXene/PNF)氣凝膠。該氣凝膠得益于吸收層MXene@Ni/PNF與反射層MXene/PNF的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)入射電磁波的“吸收-反射-再吸收”過程。當(dāng)MXene@Ni中MXene與Ni的質(zhì)量比為1:6、反射層MXene/PNF中MXene質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80wt%時(shí)，氣凝膠在X波段具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能（71dB）和極低的平均反射系數(shù)（0.10），為低反射電磁屏蔽材料的設(shè)計(jì)提供了新的思路。此外，清華大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)利用3D打印技術(shù)精確控制材料的微觀結(jié)構(gòu)，制備出具有梯度電磁參數(shù)的復(fù)合材料，有效減少了電磁波的反射，在航空航天領(lǐng)域的電磁屏蔽應(yīng)用中具有重要的參考價(jià)值。1.2.2TPU基復(fù)合材料研究現(xiàn)狀TPU基復(fù)合材料由于TPU獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。在國(guó)外，德國(guó)巴斯夫、美國(guó)諾譽(yù)等化工巨頭長(zhǎng)期致力于TPU基復(fù)合材料的研發(fā)，不斷拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。巴斯夫開發(fā)的高性能TPU基復(fù)合材料，在保持優(yōu)異力學(xué)性能的同時(shí)，通過添加特殊的助劑和填料，使其在汽車內(nèi)飾、電子封裝等領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的耐候性、耐化學(xué)腐蝕性和電氣絕緣性。美國(guó)諾譽(yù)則專注于TPU基復(fù)合材料在運(yùn)動(dòng)裝備領(lǐng)域的應(yīng)用，通過優(yōu)化配方和加工工藝，提高了材料的耐磨性和柔韌性，滿足了運(yùn)動(dòng)鞋、健身器材等產(chǎn)品對(duì)材料高性能的需求。國(guó)內(nèi)在TPU基復(fù)合材料的研究和生產(chǎn)方面也發(fā)展迅速。萬華化學(xué)作為國(guó)內(nèi)TPU行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，不斷加大研發(fā)投入，開發(fā)出多種高性能的TPU基復(fù)合材料產(chǎn)品。其研發(fā)的TPU基彈性體復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度、高韌性和良好的加工性能，在管材、線纜、鞋材等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，國(guó)內(nèi)眾多科研院校如四川大學(xué)、華南理工大學(xué)等也在TPU基復(fù)合材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)方面取得了豐碩的成果。四川大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過分子設(shè)計(jì)和改性技術(shù)，制備出具有特殊功能的TPU基復(fù)合材料，如具有自修復(fù)性能的TPU基復(fù)合材料，為TPU基復(fù)合材料的功能化拓展提供了新的方向；華南理工大學(xué)則在TPU基復(fù)合材料的成型加工工藝方面進(jìn)行了深入研究，開發(fā)出新型的成型技術(shù)，提高了材料的成型效率和制品質(zhì)量。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，雖然在低反射電磁屏蔽復(fù)合材料和TPU基復(fù)合材料的研究方面均取得了顯著的進(jìn)展，但仍存在一些不足。在低反射電磁屏蔽復(fù)合材料領(lǐng)域，目前對(duì)低反射機(jī)制的研究還不夠深入，部分理論模型與實(shí)際應(yīng)用存在一定偏差，導(dǎo)致在材料設(shè)計(jì)和制備過程中缺乏精準(zhǔn)的理論指導(dǎo)。同時(shí)，現(xiàn)有低反射電磁屏蔽復(fù)合材料的制備工藝復(fù)雜，成本較高，限制了其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。在TPU基復(fù)合材料方面，雖然在力學(xué)性能、加工性能等方面的研究較為成熟，但將TPU基復(fù)合材料與低反射電磁屏蔽性能相結(jié)合的研究還相對(duì)較少，相關(guān)的研究成果也不夠系統(tǒng)。此外，對(duì)于TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電磁屏蔽性能之間的關(guān)系，以及如何通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)低反射的電磁屏蔽性能，還缺乏深入的研究和探索。這些不足為后續(xù)的研究提供了方向和空間，本研究將針對(duì)這些問題，深入開展低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能研究，以期為該領(lǐng)域的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究圍繞低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料展開，具體研究?jī)?nèi)容如下：TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：從宏觀和微觀兩個(gè)層面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。宏觀上，構(gòu)建多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過合理選擇各層材料及確定層間組合方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的多次反射和吸收，降低反射率。例如，設(shè)計(jì)“吸收層-反射層-吸收層”的三層結(jié)構(gòu)，其中吸收層選用具有高損耗特性的材料，反射層選用高導(dǎo)電材料，以增強(qiáng)對(duì)電磁波的處理能力。微觀上，利用納米技術(shù)，在TPU基體中引入納米級(jí)的導(dǎo)電或?qū)Т盘盍希缂{米銀線、碳納米管等，精確控制填料的尺寸、形狀和分布，優(yōu)化復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，提高其電磁屏蔽性能。同時(shí)，研究不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)合材料電磁參數(shù)（介電常數(shù)、磁導(dǎo)率等）的影響規(guī)律，建立結(jié)構(gòu)與電磁參數(shù)之間的定量關(guān)系。低反射電磁屏蔽性能的研究：系統(tǒng)研究復(fù)合材料的電磁屏蔽性能和低反射性能。采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等設(shè)備，測(cè)試復(fù)合材料在不同頻率范圍（如X波段、Ku波段等）內(nèi)的電磁屏蔽效能（SE）和反射系數(shù)（R），分析其隨頻率的變化規(guī)律。探究影響低反射性能的關(guān)鍵因素，如材料的電磁參數(shù)匹配、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、填料與基體的界面相互作用等。通過理論計(jì)算和模擬仿真，深入分析低反射機(jī)制，建立低反射性能的理論模型，為材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。例如，運(yùn)用傳輸線理論，分析電磁波在復(fù)合材料中的傳輸過程，揭示材料結(jié)構(gòu)和電磁參數(shù)對(duì)反射系數(shù)的影響機(jī)制。復(fù)合材料的制備與性能測(cè)試：根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，選擇合適的制備工藝，如熔融共混法、溶液共混法、原位聚合法等，制備低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料。對(duì)制備的復(fù)合材料進(jìn)行全面的性能測(cè)試，除電磁屏蔽性能和低反射性能外，還包括力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等）、熱性能（熱穩(wěn)定性、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等）和耐化學(xué)腐蝕性等。研究制備工藝參數(shù)（如溫度、壓力、時(shí)間等）對(duì)復(fù)合材料性能的影響，優(yōu)化制備工藝，提高材料的綜合性能。例如，通過調(diào)整熔融共混的溫度和時(shí)間，改善填料在TPU基體中的分散性，從而提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和電磁屏蔽性能。應(yīng)用性能研究：將制備的低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料應(yīng)用于實(shí)際場(chǎng)景，如電子設(shè)備外殼、通信基站屏蔽罩等，評(píng)估其在實(shí)際應(yīng)用中的電磁屏蔽效果和低反射性能。研究復(fù)合材料在不同環(huán)境條件（如溫度、濕度、紫外線照射等）下的穩(wěn)定性和可靠性，分析其對(duì)應(yīng)用性能的影響。根據(jù)應(yīng)用需求，進(jìn)一步優(yōu)化材料的性能，提出切實(shí)可行的應(yīng)用方案，為低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)支持。例如，在電子設(shè)備外殼應(yīng)用中，研究復(fù)合材料的成型工藝和表面處理方法，提高其與設(shè)備外殼的兼容性和美觀性。1.3.2研究方法本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，以確保研究的科學(xué)性和有效性，具體如下：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，包括學(xué)術(shù)期刊論文、學(xué)位論文、專利文獻(xiàn)、技術(shù)報(bào)告等，全面了解低反射電磁屏蔽復(fù)合材料和TPU基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問題。對(duì)已有的研究成果進(jìn)行系統(tǒng)分析和總結(jié)，為本研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。例如，通過對(duì)低反射電磁屏蔽機(jī)制相關(guān)文獻(xiàn)的研究，了解當(dāng)前主流的理論模型和研究方法，為后續(xù)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究提供參考。實(shí)驗(yàn)研究法：通過實(shí)驗(yàn)制備低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試和分析。在實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，采用標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)方法和測(cè)試手段，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。運(yùn)用單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究不同因素（如填料種類、含量、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備工藝參數(shù)等）對(duì)復(fù)合材料性能的影響規(guī)律，篩選出影響性能的關(guān)鍵因素，優(yōu)化材料的配方和制備工藝。例如，在研究填料含量對(duì)電磁屏蔽性能的影響時(shí)，固定其他條件，僅改變填料的含量，制備一系列樣品進(jìn)行測(cè)試，從而得到填料含量與電磁屏蔽性能之間的關(guān)系。測(cè)試分析方法：采用多種先進(jìn)的測(cè)試分析儀器和技術(shù)，對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行全面表征。利用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）觀察復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，分析填料在基體中的分散狀態(tài)和界面結(jié)合情況；使用X射線衍射儀（XRD）分析材料的晶體結(jié)構(gòu)和物相組成；通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試復(fù)合材料的電磁參數(shù)和電磁屏蔽性能；運(yùn)用熱重分析儀（TGA）、差示掃描量熱儀（DSC）等測(cè)試材料的熱性能；采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試復(fù)合材料的力學(xué)性能等。通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的深入分析，揭示材料結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。理論分析與模擬仿真法：基于電磁場(chǎng)理論、傳輸線理論等，對(duì)低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的電磁屏蔽性能和低反射機(jī)制進(jìn)行理論分析，建立相應(yīng)的理論模型。運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬軟件，如COMSOLMultiphysics、ANSYSHFSS等，對(duì)電磁波在復(fù)合材料中的傳播過程進(jìn)行模擬仿真，分析材料結(jié)構(gòu)和電磁參數(shù)對(duì)電磁波反射、吸收和透射的影響。通過理論分析和模擬仿真，為實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)，優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能參數(shù)，減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，提高研究效率。例如，利用COMSOLMultiphysics軟件模擬電磁波在不同結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中的傳播路徑和能量分布，直觀地展示材料的電磁屏蔽性能和低反射特性，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供依據(jù)。二、TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料概述2.1TPU材料特性熱塑性聚氨酯（TPU）是一種由二異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑和多元醇通過逐步聚合反應(yīng)合成的線性嵌段共聚物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)獨(dú)特，由軟鏈段和硬鏈段組成。軟鏈段通常由聚酯或聚醚多元醇構(gòu)成，賦予TPU良好的柔韌性、彈性和低溫性能；硬鏈段則由二異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑反應(yīng)生成，為材料提供了較高的強(qiáng)度、硬度和耐熱性。這種軟硬鏈段的微觀相分離結(jié)構(gòu)，使得TPU兼具了橡膠的高彈性和塑料的易加工性。在力學(xué)性能方面，TPU表現(xiàn)出色。其拉伸強(qiáng)度可達(dá)30-60MPa，斷裂伸長(zhǎng)率在300%-700%之間，具有高模量、高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)和高彈性的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)橡膠相比，TPU在保持高彈性的同時(shí)，擁有更高的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，能夠承受更大的外力而不易損壞。在一些需要承受頻繁拉伸和彎曲的應(yīng)用場(chǎng)景中，如運(yùn)動(dòng)鞋的鞋底、汽車的密封件等，TPU的優(yōu)異力學(xué)性能能夠確保產(chǎn)品的長(zhǎng)期使用壽命和穩(wěn)定性。其耐磨性也十分突出，在所有熱塑性彈性體中，TPU的耐磨性名列前茅。這使得TPU在一些對(duì)耐磨性能要求較高的領(lǐng)域，如輸送帶、輪胎等，具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，使用TPU制成的輸送帶，能夠在長(zhǎng)時(shí)間的摩擦和磨損環(huán)境下保持良好的性能，減少了更換輸送帶的頻率，提高了生產(chǎn)效率。TPU還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。它對(duì)許多化學(xué)物質(zhì)具有較好的耐受性，包括礦物油、動(dòng)物油、有機(jī)溶劑等。在汽車制造中，TPU常被用于制造燃油管、油封等部件，能夠有效抵抗燃油和潤(rùn)滑油的侵蝕，確保汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。TPU還具有一定的耐酸堿性能，在一些化工生產(chǎn)環(huán)境中，TPU材料的設(shè)備部件能夠穩(wěn)定工作，不易受到化學(xué)腐蝕的影響。從加工性能來看，TPU具備熱塑性材料的共性，可采用注塑、擠出、吹塑等多種常見的塑料加工方法進(jìn)行成型加工。在注塑過程中，TPU能夠快速填充模具型腔，成型周期短，生產(chǎn)效率高，適用于大規(guī)模生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的塑料制品，如電子設(shè)備外殼、玩具等。擠出工藝則可用于制造管材、片材等連續(xù)型材，通過調(diào)整擠出工藝參數(shù)，可以精確控制產(chǎn)品的尺寸和性能。TPU還可以與其他材料進(jìn)行共混改性，進(jìn)一步拓展其性能和應(yīng)用領(lǐng)域。與聚烯烴共混，可以提高TPU的加工流動(dòng)性和降低成本；與納米材料共混，則能夠賦予TPU新的功能，如增強(qiáng)其電磁屏蔽性能、提高其阻燃性能等。綜上所述，TPU的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其擁有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和良好的加工性能，這些特性為其作為電磁屏蔽復(fù)合材料的基體奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其良好的柔韌性和高強(qiáng)度，能夠確保復(fù)合材料在復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境下保持結(jié)構(gòu)的完整性；化學(xué)穩(wěn)定性則保證了復(fù)合材料在不同化學(xué)介質(zhì)中的性能穩(wěn)定性；而易于加工的特性，使得制備TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的工藝更加簡(jiǎn)便、高效，有利于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用推廣。2.2電磁屏蔽原理電磁屏蔽是指利用屏蔽材料阻隔或減少電磁波發(fā)射源與受保護(hù)設(shè)備之間的電磁能量傳播，從而降低電磁波對(duì)人類及環(huán)境的影響，減少對(duì)設(shè)備工作的干擾。其基本原理基于電磁波在屏蔽材料中的反射、吸收和多次反射衰減等作用。當(dāng)電磁波入射到屏蔽材料表面時(shí)，由于空氣與屏蔽材料交界面上阻抗的不連續(xù)，一部分電磁波會(huì)被反射回空氣，這一過程產(chǎn)生的衰減稱為反射損耗（SER）。反射損耗主要是導(dǎo)電材料中帶電粒子與電磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果，是在入射表面由阻抗突變引起的電磁波反射衰減。根據(jù)電磁波理論，反射損耗與屏蔽材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率以及電磁波的頻率等因素密切相關(guān)。一般來說，對(duì)于電導(dǎo)率較高的金屬材料，其對(duì)電磁波的反射能力較強(qiáng)，反射損耗較大。例如，銅的電導(dǎo)率較高，在高頻電磁波的作用下，能夠有效地反射電磁波，常被用于制作電磁屏蔽材料。未被表面反射而進(jìn)入屏蔽體的電磁波，在材料內(nèi)部傳播過程中會(huì)與屏蔽材料中的電偶極子或磁偶極子相互作用，導(dǎo)致電磁波能量以熱損耗的形式被消耗，從而使電磁波強(qiáng)度逐漸減弱，這一過程產(chǎn)生的衰減即為吸收損耗（SEA）。吸收損耗的大小主要取決于屏蔽材料的性質(zhì)，如材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率以及厚度等。對(duì)于具有高磁導(dǎo)率的磁性材料，如鐵氧體，能夠通過磁極化效應(yīng)和諧振損耗等方式，將電磁波轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行耗散，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的有效吸收。同時(shí)，材料的厚度增加，電磁波在材料內(nèi)部傳播的路徑變長(zhǎng)，吸收損耗也會(huì)相應(yīng)增大。在屏蔽體內(nèi)尚未被完全衰減的剩余電磁波，當(dāng)傳播到材料的另一表面時(shí)，由于金屬-空氣交界面阻抗的不連續(xù)，會(huì)再次發(fā)生反射，并重新返回屏蔽體內(nèi)。這種反射在兩個(gè)金屬的交界面上可能會(huì)多次發(fā)生，形成多次反射損耗（SEM）。多次反射損耗使得電磁波在屏蔽體內(nèi)不斷被反射和吸收，進(jìn)一步降低了透過屏蔽體的電磁波能量。電磁屏蔽總效能（SE）為反射損耗、吸收損耗和多次反射損耗之和，其計(jì)算公式為SE=SER+SEA+SEM。這表明材料的電磁屏蔽效能與材料的導(dǎo)電率、磁導(dǎo)率以及材料的結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)。通過合理選擇屏蔽材料和優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)，可以有效地提高材料的電磁屏蔽性能。例如，在設(shè)計(jì)電磁屏蔽復(fù)合材料時(shí)，可以通過添加高導(dǎo)電率的填料來提高材料的反射損耗，同時(shí)選擇具有高磁導(dǎo)率和良好吸波性能的材料作為基體，增強(qiáng)材料的吸收損耗，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的高效屏蔽。此外，構(gòu)建多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，利用各層材料對(duì)電磁波的不同作用機(jī)制，如反射、吸收等，也能夠進(jìn)一步提高電磁屏蔽效能，降低電磁波的反射率，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電磁屏蔽性能的要求。2.3TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料常見類型與應(yīng)用TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料根據(jù)其結(jié)構(gòu)和組成的不同，可分為多種類型，每種類型都具有獨(dú)特的性能特點(diǎn)，在不同領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。顆粒填充型TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料是將導(dǎo)電或?qū)Т蓬w粒均勻分散在TPU基體中制備而成。常用的導(dǎo)電顆粒有銀粉、銅粉、碳納米管、石墨烯等，導(dǎo)磁顆粒如鐵氧體等。以銀粉填充的TPU基復(fù)合材料為例，銀具有極高的電導(dǎo)率，能夠在TPU基體中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有效提高復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。當(dāng)銀粉含量達(dá)到一定程度時(shí)，復(fù)合材料的電磁屏蔽效能可達(dá)到較高水平。但銀粉價(jià)格較高，且在TPU基體中的分散性較難控制，可能會(huì)影響復(fù)合材料的綜合性能。碳納米管具有優(yōu)異的電學(xué)性能和力學(xué)性能，將其填充到TPU基體中，不僅能提升電磁屏蔽性能，還能增強(qiáng)材料的力學(xué)強(qiáng)度。然而，碳納米管的制備成本較高，大規(guī)模應(yīng)用受到一定限制。此類復(fù)合材料在電子設(shè)備的屏蔽外殼、電磁屏蔽膠帶等方面應(yīng)用廣泛。在手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品中，使用顆粒填充型TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料制作屏蔽外殼，能夠有效阻擋內(nèi)部電路產(chǎn)生的電磁波泄漏，防止對(duì)其他設(shè)備造成干擾，同時(shí)也能保護(hù)設(shè)備免受外部電磁波的影響，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。纖維增強(qiáng)型TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料則是利用纖維狀的導(dǎo)電或?qū)Т挪牧显鰪?qiáng)TPU基體，如碳纖維、金屬纖維等。碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量和良好的導(dǎo)電性，將其與TPU復(fù)合后，可顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和電磁屏蔽性能。通過特定的成型工藝，使碳纖維在TPU基體中形成有序的排列，能夠進(jìn)一步優(yōu)化復(fù)合材料的性能。在航空航天領(lǐng)域，對(duì)材料的輕量化和高性能要求極高，纖維增強(qiáng)型TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料憑借其優(yōu)異的綜合性能，被用于制造飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身等部位的電磁屏蔽結(jié)構(gòu)件，既能滿足飛機(jī)對(duì)材料力學(xué)性能的要求，又能有效屏蔽飛機(jī)內(nèi)部電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁波，保障飛行安全。金屬纖維如不銹鋼纖維，具有良好的導(dǎo)電性和耐腐蝕性，與TPU復(fù)合后，可制備出具有高電磁屏蔽效能和良好耐環(huán)境性能的復(fù)合材料。在一些對(duì)電磁屏蔽要求嚴(yán)格且工作環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)設(shè)備中，如石油化工領(lǐng)域的電磁屏蔽設(shè)備，金屬纖維增強(qiáng)型TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料能夠穩(wěn)定工作，有效抵御電磁干擾和化學(xué)腐蝕。多層復(fù)合TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料是由不同功能的多層材料復(fù)合而成，各層材料協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)更好的電磁屏蔽效果。常見的結(jié)構(gòu)包括“吸收層-反射層-吸收層”等。吸收層通常選用具有高損耗特性的材料，如含有磁性填料的TPU復(fù)合材料，能夠有效吸收電磁波能量；反射層則采用高導(dǎo)電材料，如金屬箔或高導(dǎo)電的TPU復(fù)合材料，用于反射電磁波。這種多層復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠?qū)﹄姶挪ㄟM(jìn)行多次反射和吸收，從而降低反射率，提高電磁屏蔽效能。在通信基站的屏蔽罩中，多層復(fù)合TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料得到了廣泛應(yīng)用。通信基站需要高效屏蔽電磁干擾，以保證信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料能夠有效阻擋基站內(nèi)部電磁波的泄漏，同時(shí)防止外部干擾信號(hào)進(jìn)入基站，提高通信質(zhì)量。在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，對(duì)于一些對(duì)電磁環(huán)境要求苛刻的精密醫(yī)療儀器，如核磁共振成像設(shè)備，多層復(fù)合TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料可用于制造儀器的屏蔽外殼，減少外界電磁干擾對(duì)儀器檢測(cè)結(jié)果的影響，確保醫(yī)療診斷的準(zhǔn)確性。三、低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則與思路低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)旨在通過合理的材料選擇和結(jié)構(gòu)布局，實(shí)現(xiàn)材料與自由空間的良好阻抗匹配，最大程度地減少電磁波的反射，同時(shí)提高電磁波的吸收和損耗能力，從而達(dá)到優(yōu)異的電磁屏蔽性能。其核心設(shè)計(jì)原則基于阻抗匹配原理和電磁波損耗原理。從阻抗匹配原理來看，當(dāng)電磁波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，若兩種介質(zhì)的特性阻抗差異較大，電磁波在界面處就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的反射。在電磁屏蔽復(fù)合材料中，材料的特性阻抗可表示為Z=\sqrt{\frac{\mu}{\varepsilon}}，其中\(zhòng)mu為磁導(dǎo)率，\varepsilon為介電常數(shù)。自由空間的特性阻抗約為377\Omega。為了實(shí)現(xiàn)低反射，需要使復(fù)合材料的特性阻抗盡可能接近自由空間的特性阻抗。這就要求對(duì)復(fù)合材料的電磁參數(shù)進(jìn)行精確調(diào)控，使其磁導(dǎo)率和介電常數(shù)達(dá)到合適的比例關(guān)系。例如，通過在TPU基體中添加具有特定電磁性能的填料，如磁性納米粒子或?qū)щ娂{米材料，來調(diào)整復(fù)合材料的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)，以優(yōu)化其特性阻抗?；陔姶挪〒p耗原理，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)能有效促進(jìn)電磁波在復(fù)合材料內(nèi)部的吸收和多次反射，從而將電磁能量轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如熱能等，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的高效衰減。電磁波在材料中的吸收主要依賴于材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率以及材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)。高電導(dǎo)率的材料能夠通過電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生歐姆損耗，將電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能；高磁導(dǎo)率的材料則可通過磁滯損耗、渦流損耗等方式消耗電磁能量。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，引入具有高損耗特性的材料作為吸收層，能夠增強(qiáng)對(duì)電磁波的吸收能力。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路上，可從宏觀和微觀兩個(gè)層面展開。宏觀層面，構(gòu)建多層復(fù)合結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)低反射和高屏蔽性能的有效策略。例如，設(shè)計(jì)“吸收層-反射層-吸收層”的三層結(jié)構(gòu)。最外層的吸收層首先對(duì)入射電磁波進(jìn)行初步吸收，將部分電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能；中間的反射層利用其高導(dǎo)電性能，將未被完全吸收的電磁波反射回吸收層，增加電磁波在材料內(nèi)部的傳播路徑和反射次數(shù)；內(nèi)層的吸收層再次對(duì)反射回來的電磁波進(jìn)行吸收，進(jìn)一步降低電磁波的強(qiáng)度。通過這種多次反射和吸收的過程，有效減少了電磁波的反射，提高了電磁屏蔽效能。不同層的材料選擇和厚度確定是關(guān)鍵，需要根據(jù)目標(biāo)頻段的電磁波特性和所需的屏蔽性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于工作在X波段的電磁屏蔽復(fù)合材料，根據(jù)該頻段電磁波的頻率和波長(zhǎng)特點(diǎn)，選擇在該頻段具有良好吸收性能的磁性材料作為吸收層，如鐵氧體等；選擇高電導(dǎo)率的金屬材料或高導(dǎo)電的TPU復(fù)合材料作為反射層，如銅箔或含有高含量導(dǎo)電填料的TPU復(fù)合材料。同時(shí)，通過理論計(jì)算和模擬仿真，精確確定各層的厚度，以確保各層之間的協(xié)同作用達(dá)到最佳效果。微觀層面，利用納米技術(shù)對(duì)復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，精確控制填料在TPU基體中的尺寸、形狀和分布，能夠顯著提升復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。納米級(jí)的填料具有較大的比表面積和量子尺寸效應(yīng)，能夠增強(qiáng)填料與TPU基體之間的界面相互作用，改善復(fù)合材料的電磁性能。將納米銀線均勻分散在TPU基體中，納米銀線獨(dú)特的一維結(jié)構(gòu)能夠在基體中形成高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高復(fù)合材料的電導(dǎo)率，從而增強(qiáng)對(duì)電磁波的反射和吸收能力。通過控制納米銀線的長(zhǎng)度和直徑，以及在TPU基體中的分散密度，可以精確調(diào)節(jié)復(fù)合材料的電磁參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更好的阻抗匹配和電磁波損耗效果。利用納米技術(shù)制備的核殼結(jié)構(gòu)填料，如以磁性納米粒子為核，表面包覆一層導(dǎo)電材料的核殼結(jié)構(gòu)，能夠綜合利用磁性材料的磁損耗和導(dǎo)電材料的電損耗特性，進(jìn)一步提高復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。3.2常見結(jié)構(gòu)類型分析3.2.1雙層結(jié)構(gòu)雙層結(jié)構(gòu)是低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料中較為基礎(chǔ)的一種結(jié)構(gòu)形式，通常由兩種具有不同電磁特性的材料層復(fù)合而成。例如，常見的設(shè)計(jì)是將高導(dǎo)電層與高吸收層相結(jié)合。高導(dǎo)電層一般選用金屬材料或含有高含量導(dǎo)電填料的TPU復(fù)合材料，如鍍銀銅粉填充的TPU復(fù)合材料。金屬具有良好的導(dǎo)電性，能夠有效地反射電磁波，當(dāng)電磁波入射到高導(dǎo)電層表面時(shí)，由于金屬的電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于周圍介質(zhì)，根據(jù)電磁學(xué)原理，電磁波會(huì)在界面處發(fā)生反射，反射系數(shù)與兩種介質(zhì)的特性阻抗差異有關(guān)，金屬與空氣的特性阻抗差異大，使得大部分電磁波被反射回空氣。高吸收層則選用具有高損耗特性的材料，如含有磁性填料的TPU復(fù)合材料，像鐵氧體填充的TPU復(fù)合材料。磁性材料能夠通過磁滯損耗、渦流損耗等方式將電磁波能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的有效吸收。雙層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，制備工藝較為容易實(shí)現(xiàn)，成本相對(duì)較低。在一些對(duì)電磁屏蔽性能要求不是特別苛刻的應(yīng)用場(chǎng)景中，如普通電子設(shè)備的簡(jiǎn)易屏蔽外殼，雙層結(jié)構(gòu)能夠滿足基本的電磁屏蔽需求。然而，其缺點(diǎn)也較為明顯。由于僅由兩層材料組成，對(duì)電磁波的處理能力有限，難以在寬頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的電磁屏蔽和低反射性能。在高頻段，電磁波的波長(zhǎng)較短，傳播特性復(fù)雜，雙層結(jié)構(gòu)可能無法有效匹配自由空間的阻抗，導(dǎo)致反射率較高。在X波段以上的高頻段，雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的反射系數(shù)可能會(huì)超過0.3，無法滿足一些對(duì)低反射要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)雙層結(jié)構(gòu)時(shí)，關(guān)鍵要點(diǎn)在于合理選擇兩層材料的電磁參數(shù)和厚度。需要根據(jù)目標(biāo)頻段的電磁波特性，通過理論計(jì)算和模擬仿真，精確確定高導(dǎo)電層和高吸收層的材料組成和厚度。對(duì)于工作在C波段的電磁屏蔽復(fù)合材料，若選用銅作為高導(dǎo)電層材料，根據(jù)該頻段電磁波的頻率和波長(zhǎng)，計(jì)算出銅層的最佳厚度約為0.05mm，以確保其在該頻段具有良好的反射性能；對(duì)于高吸收層，選擇合適的磁性材料和含量，通過調(diào)整其磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率，使其與銅層協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的高效吸收和低反射。還需考慮兩層材料之間的界面結(jié)合情況，良好的界面結(jié)合能夠減少電磁波在界面處的散射和能量損耗，提高復(fù)合材料的整體性能?？梢酝ㄟ^表面處理、添加界面相容劑等方法，增強(qiáng)兩層材料之間的界面結(jié)合力。3.2.2三明治結(jié)構(gòu)三明治結(jié)構(gòu)是一種應(yīng)用廣泛且性能較為優(yōu)異的低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其典型結(jié)構(gòu)為“吸收層-反射層-吸收層”。這種結(jié)構(gòu)充分利用了不同材料對(duì)電磁波的不同作用機(jī)制，通過各層之間的協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的高效屏蔽和低反射。中間的反射層通常采用高導(dǎo)電材料，如金屬箔（如銅箔、鋁箔）、金屬纖維增強(qiáng)的TPU復(fù)合材料或高導(dǎo)電的碳納米材料填充的TPU復(fù)合材料等。金屬箔具有極高的電導(dǎo)率，能夠在電磁波入射時(shí)，將大部分電磁波反射回吸收層，從而增加電磁波在材料內(nèi)部的傳播路徑和反射次數(shù)。當(dāng)銅箔作為反射層時(shí)，其良好的導(dǎo)電性使得反射損耗較大，能夠有效阻擋電磁波的穿透。兩側(cè)的吸收層則選用具有高損耗特性的材料，如含有磁性納米粒子的TPU復(fù)合材料、摻雜導(dǎo)電填料的高分子吸波材料等。磁性納米粒子能夠通過磁極化效應(yīng)和諧振損耗等方式，將電磁波能量轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的吸收。例如，F(xiàn)e?O?納米粒子填充的TPU復(fù)合材料作為吸收層，在電磁波的作用下，F(xiàn)e?O?納米粒子能夠產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，有效地吸收電磁波能量。三明治結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)顯著。它能夠?qū)﹄姶挪ㄟM(jìn)行多次反射和吸收，從而在較寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的電磁屏蔽效能和較低的反射率。通過優(yōu)化各層材料的電磁參數(shù)和厚度，能夠使復(fù)合材料的特性阻抗更好地匹配自由空間的阻抗，減少電磁波的反射。在X波段，采用三明治結(jié)構(gòu)的TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料，其電磁屏蔽效能可達(dá)50dB以上，反射系數(shù)可降低至0.1以下。該結(jié)構(gòu)還具有良好的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，中間的反射層起到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的作用，兩側(cè)的吸收層則保護(hù)反射層不受外界環(huán)境的影響。然而，三明治結(jié)構(gòu)也存在一些缺點(diǎn)。制備工藝相對(duì)復(fù)雜，需要精確控制各層材料的厚度和界面結(jié)合情況。各層材料的厚度偏差或界面結(jié)合不良，都可能導(dǎo)致復(fù)合材料的性能下降。成本相對(duì)較高，尤其是當(dāng)使用高性能的金屬材料或納米材料作為反射層和吸收層時(shí)，材料成本會(huì)顯著增加。在設(shè)計(jì)三明治結(jié)構(gòu)時(shí)，精確確定各層材料的厚度和電磁參數(shù)至關(guān)重要。根據(jù)傳輸線理論和電磁波傳播原理，通過理論計(jì)算和模擬軟件（如COMSOLMultiphysics、ANSYSHFSS等）進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化各層的厚度和材料組成。對(duì)于工作在Ku波段的電磁屏蔽復(fù)合材料，通過模擬分析確定吸收層中磁性納米粒子的種類、含量和粒徑，以及反射層的金屬材料和厚度，以實(shí)現(xiàn)最佳的電磁屏蔽性能和低反射效果。要注重各層之間的界面處理，采用合適的界面處理劑或工藝，增強(qiáng)各層之間的粘結(jié)力，確保電磁波在各層之間能夠順利傳輸，減少界面處的能量損耗。3.2.3梯度結(jié)構(gòu)梯度結(jié)構(gòu)的低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料是一種新型的結(jié)構(gòu)形式，其特點(diǎn)是材料的電磁參數(shù)在空間上呈連續(xù)變化。這種結(jié)構(gòu)通常通過控制填料在TPU基體中的分布，或者采用多層不同電磁參數(shù)材料的連續(xù)復(fù)合來實(shí)現(xiàn)。通過特殊的制備工藝，使導(dǎo)電填料或磁性填料在TPU基體中從表面到內(nèi)部呈梯度分布，從而使復(fù)合材料的電導(dǎo)率或磁導(dǎo)率呈現(xiàn)梯度變化。梯度結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)突出。它能夠?qū)崿F(xiàn)材料與自由空間的良好阻抗匹配，因?yàn)椴牧系碾姶艆?shù)連續(xù)變化，使得電磁波在材料內(nèi)部傳播時(shí)，反射和散射減少，能夠更有效地進(jìn)入材料內(nèi)部并被吸收。在寬頻段內(nèi)具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能和低反射性能。通過合理設(shè)計(jì)梯度結(jié)構(gòu)，能夠使復(fù)合材料在不同頻率下都能保持較好的阻抗匹配和電磁波吸收能力。在從L波段到Ka波段的寬頻段范圍內(nèi)，梯度結(jié)構(gòu)的TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的反射系數(shù)都能保持在較低水平，一般小于0.15，電磁屏蔽效能也能滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的需求。但是，梯度結(jié)構(gòu)的制備難度較大，需要精確控制材料的組成和分布。對(duì)制備工藝和設(shè)備的要求較高，這增加了材料的制備成本和生產(chǎn)難度。目前，一些先進(jìn)的制備技術(shù)，如3D打印技術(shù)、靜電紡絲技術(shù)等，為梯度結(jié)構(gòu)的制備提供了可能，但這些技術(shù)還需要進(jìn)一步完善和優(yōu)化。設(shè)計(jì)梯度結(jié)構(gòu)時(shí)，關(guān)鍵在于建立精確的材料電磁參數(shù)梯度模型。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，確定填料的分布規(guī)律與電磁參數(shù)之間的關(guān)系，利用數(shù)值模擬方法，如有限元法、有限差分法等，對(duì)梯度結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在模擬過程中，調(diào)整填料的分布參數(shù)和材料的電磁參數(shù)，以獲得最佳的低反射和高屏蔽性能。還需考慮材料的穩(wěn)定性和可靠性，確保在不同環(huán)境條件下，梯度結(jié)構(gòu)的電磁參數(shù)和性能能夠保持穩(wěn)定。3.3案例分析：典型低反射結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以Ag和Fe?O?在電紡TPU薄膜中雙層分布的復(fù)合薄膜為例，此類復(fù)合薄膜的制備過程涉及多種精細(xì)工藝。首先采用靜電紡絲技術(shù)制備TPU纖維膜，該技術(shù)通過在高壓電場(chǎng)作用下，使TPU溶液克服表面張力形成射流，射流在飛行過程中溶劑揮發(fā)，最終在接收裝置上形成纖維膜。這種方法能夠精確控制纖維的直徑和形態(tài)，制備出的TPU纖維膜具有較大的比表面積和良好的孔隙結(jié)構(gòu)，有利于后續(xù)填料的負(fù)載和復(fù)合材料性能的提升。接著利用原位生長(zhǎng)技術(shù)，使Fe?O?顆粒在TPU纖維膜的上層原位生成。在這個(gè)過程中，通過精確控制反應(yīng)條件，如溫度、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)物濃度等，確保Fe?O?顆粒均勻地分布在上層，且與TPU纖維之間形成良好的結(jié)合。隨后，通過化學(xué)還原等方法，使Ag顆粒在TPU纖維膜的下層生長(zhǎng)。在化學(xué)還原過程中，選擇合適的還原劑和還原條件，保證Ag顆粒能夠在下層均勻分散，并形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過熱壓處理，將含有不同填料分布的兩層復(fù)合在一起，得到最終的復(fù)合薄膜。熱壓處理能夠增強(qiáng)兩層之間的界面結(jié)合力，提高復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)合材料的性能產(chǎn)生了多方面的顯著影響。從電磁屏蔽性能來看，上層分布的Fe?O?顆粒發(fā)揮了重要的電磁波吸收作用。Fe?O?具有較高的磁導(dǎo)率，能夠通過磁滯損耗、渦流損耗等方式有效地將電磁波能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的高效吸收。當(dāng)電磁波入射到復(fù)合薄膜時(shí)，首先與上層的Fe?O?顆粒相互作用，大部分電磁能量被吸收，減少了電磁波向內(nèi)部的傳輸。下層分布的Ag顆粒則主要負(fù)責(zé)電磁屏蔽。Ag具有極高的電導(dǎo)率，能夠在下層形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)電磁學(xué)原理，當(dāng)電磁波到達(dá)Ag顆粒分布的下層時(shí)，由于Ag的高導(dǎo)電性，電磁波會(huì)在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這些感應(yīng)電流會(huì)產(chǎn)生與入射電磁波相反的磁場(chǎng)，從而對(duì)電磁波進(jìn)行反射和散射，進(jìn)一步降低了透過復(fù)合薄膜的電磁波強(qiáng)度。通過Fe?O?和Ag的雙層分布協(xié)同作用，復(fù)合薄膜在較寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了較高的電磁屏蔽效能。在X波段，該復(fù)合薄膜的電磁屏蔽效能可達(dá)40dB以上，能夠滿足大多數(shù)電子設(shè)備對(duì)電磁屏蔽的要求。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在低反射性能方面也表現(xiàn)出色。由于上層的Fe?O?顆粒對(duì)電磁波的吸收作用，減少了電磁波在復(fù)合薄膜表面的反射。根據(jù)阻抗匹配原理，材料的反射系數(shù)與材料的電磁參數(shù)和自由空間的阻抗匹配程度有關(guān)。Fe?O?的存在調(diào)整了復(fù)合薄膜上層的電磁參數(shù)，使得復(fù)合薄膜與自由空間之間的阻抗匹配得到優(yōu)化，從而降低了反射系數(shù)。下層Ag顆粒形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)雖然具有較強(qiáng)的反射能力，但由于上層Fe?O?的吸收作用，減少了到達(dá)下層的電磁波強(qiáng)度，進(jìn)而也降低了下層的反射對(duì)整體反射率的影響。該復(fù)合薄膜的反射系數(shù)可降低至0.3以下，實(shí)現(xiàn)了較好的低反射效果。這種雙層分布的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還賦予了復(fù)合薄膜多種熱管理功能。上層的Fe?O?顆粒具有良好的光熱轉(zhuǎn)換性能。在光照條件下，F(xiàn)e?O?能夠吸收光能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，使上層的溫度升高。研究表明，在1sun的光照強(qiáng)度下，上層的飽和溫度可達(dá)到91.3°C。下層的Ag顆粒則具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能和電熱轉(zhuǎn)換性能。在電流作用下，Ag顆粒能夠迅速將電能轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)換。當(dāng)施加6V的電壓時(shí)，下層的飽和溫度高達(dá)92.6°C。這種熱管理功能在微電子系統(tǒng)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，能夠有效地調(diào)節(jié)設(shè)備的溫度，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。四、低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料性能研究4.1性能指標(biāo)與測(cè)試方法低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的性能指標(biāo)主要包括電磁屏蔽效能（SE）、反射系數(shù)（R）、吸收系數(shù)（A）等，這些指標(biāo)對(duì)于評(píng)估材料在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的電磁屏蔽性能和低反射特性至關(guān)重要。電磁屏蔽效能（SE）是衡量材料對(duì)電磁波屏蔽能力的關(guān)鍵指標(biāo)，它表示材料對(duì)入射電磁波的衰減程度，單位為分貝（dB）。其計(jì)算公式為：SE=10\log_{10}(\frac{P_{in}}{P_{out}})，其中P_{in}為入射電磁波的功率，P_{out}為透過材料后的電磁波功率。SE值越大，表明材料對(duì)電磁波的屏蔽效果越好。在實(shí)際應(yīng)用中，不同的場(chǎng)景對(duì)電磁屏蔽效能的要求各異。對(duì)于普通電子設(shè)備的屏蔽，一般要求SE達(dá)到20-40dB即可有效減少電磁干擾；而在一些對(duì)電磁環(huán)境要求極高的軍事和航空航天領(lǐng)域，可能需要SE達(dá)到60dB以上，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和信息安全。反射系數(shù)（R）用于衡量電磁波在材料表面反射的程度，是評(píng)估低反射性能的重要參數(shù)。它定義為反射電磁波功率與入射電磁波功率的比值，即R=\frac{P_{r}}{P_{in}}，其中P_{r}為反射電磁波的功率。R值越小，說明材料對(duì)電磁波的反射越少，低反射性能越好。在理想情況下，當(dāng)材料與自由空間實(shí)現(xiàn)完美阻抗匹配時(shí)，反射系數(shù)為0，即電磁波能夠完全進(jìn)入材料而不發(fā)生反射。但在實(shí)際中，很難實(shí)現(xiàn)完全匹配，一般希望低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的反射系數(shù)能降低至0.3以下，以減少反射電磁波對(duì)周圍環(huán)境和設(shè)備的二次干擾。吸收系數(shù)（A）則反映了材料對(duì)電磁波的吸收能力，體現(xiàn)了材料將電磁能量轉(zhuǎn)化為其他形式能量（如熱能）的效率。其計(jì)算公式為A=1-R-T，其中T為透過系數(shù)，表示透過材料的電磁波功率與入射電磁波功率的比值。吸收系數(shù)越高，說明材料對(duì)電磁波的吸收效果越好。在設(shè)計(jì)低反射電磁屏蔽復(fù)合材料時(shí)，提高吸收系數(shù)不僅有助于增強(qiáng)電磁屏蔽性能，還能減少電磁波的反射，實(shí)現(xiàn)更好的低反射效果。為了準(zhǔn)確測(cè)量這些性能指標(biāo)，常用的測(cè)試設(shè)備是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是一種精密的射頻測(cè)量?jī)x器，能夠精確測(cè)量信號(hào)的幅度、相位、阻抗等參數(shù)。在電磁屏蔽性能測(cè)試中，它主要用于測(cè)量材料的S參數(shù)（散射參數(shù)），通過S參數(shù)可以計(jì)算出材料的電磁屏蔽效能、反射系數(shù)和吸收系數(shù)。在使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)試時(shí)，主要有傳輸線法和自由空間法兩種測(cè)試方法。傳輸線法適用于薄膜、板材等形狀規(guī)則且尺寸較小的樣品。將屏蔽材料制成傳輸線，并將其連接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個(gè)端口。在測(cè)試過程中，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀向傳輸線發(fā)送射頻信號(hào)，信號(hào)在傳輸線中傳播，經(jīng)過屏蔽材料后到達(dá)接收端口。通過測(cè)量信號(hào)通過屏蔽材料前后的功率變化，即可計(jì)算出傳輸損耗，進(jìn)而得到材料的電磁屏蔽效能。傳輸線法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試精度高，能夠準(zhǔn)確測(cè)量材料在特定頻率下的電磁性能；缺點(diǎn)是對(duì)樣品的形狀和尺寸有嚴(yán)格要求，且測(cè)試頻率范圍相對(duì)較窄。自由空間法適用于各種形狀和尺寸的樣品，尤其是大型屏蔽結(jié)構(gòu)或復(fù)雜形狀的樣品。將屏蔽材料或屏蔽結(jié)構(gòu)放置在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個(gè)天線之間。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過發(fā)射天線向樣品發(fā)射電磁波，電磁波在自由空間中傳播，遇到樣品后發(fā)生反射、吸收和透射等現(xiàn)象。接收天線接收透過樣品后的電磁波信號(hào)，通過測(cè)量發(fā)射天線和接收天線之間的傳輸損耗，即可評(píng)估屏蔽材料或屏蔽結(jié)構(gòu)的屏蔽效果。自由空間法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試方便，能夠模擬實(shí)際應(yīng)用中的電磁環(huán)境，測(cè)試頻率范圍較寬；缺點(diǎn)是測(cè)試結(jié)果容易受到測(cè)試環(huán)境的影響，如周圍物體的反射、散射等，導(dǎo)致測(cè)試精度相對(duì)較低。在進(jìn)行自由空間法測(cè)試時(shí)，需要選擇合適的測(cè)試場(chǎng)地，盡量減少外界電磁干擾，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。4.2性能影響因素分析低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的性能受到多種因素的綜合影響，深入研究這些因素對(duì)于優(yōu)化材料性能、拓展應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。4.2.1填料種類與含量填料的種類對(duì)復(fù)合材料的電磁屏蔽性能和低反射性能起著關(guān)鍵作用。不同種類的填料具有不同的電磁特性，從而對(duì)復(fù)合材料產(chǎn)生不同的影響。以導(dǎo)電填料為例，銀粉、銅粉、碳納米管、石墨烯等均是常見的選擇。銀粉具有極高的電導(dǎo)率，能夠在TPU基體中快速形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，顯著提高復(fù)合材料的電導(dǎo)率，進(jìn)而增強(qiáng)對(duì)電磁波的反射能力。但銀粉價(jià)格昂貴，大規(guī)模應(yīng)用成本較高。銅粉雖然電導(dǎo)率也較高，但其在空氣中容易氧化，導(dǎo)致性能下降。碳納米管和石墨烯則具有獨(dú)特的一維和二維結(jié)構(gòu)，不僅能提供良好的導(dǎo)電性，還能增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能。碳納米管的長(zhǎng)徑比大，在TPU基體中可形成高效的導(dǎo)電通道，有利于提高電磁屏蔽性能；石墨烯的大比表面積使其與TPU基體之間具有較強(qiáng)的界面相互作用，能夠有效改善復(fù)合材料的綜合性能。導(dǎo)磁填料如鐵氧體、羰基鐵等，主要通過磁損耗來實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的吸收。鐵氧體具有較高的磁導(dǎo)率，能夠在電磁波的作用下產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，將電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能。在一些對(duì)吸收性能要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中，如微波暗室的吸波材料，鐵氧體填充的TPU基復(fù)合材料能夠發(fā)揮重要作用。羰基鐵則具有較高的飽和磁化強(qiáng)度，在低頻段表現(xiàn)出良好的磁性能，可有效增強(qiáng)復(fù)合材料在低頻段的電磁屏蔽性能。填料含量的變化對(duì)復(fù)合材料性能的影響也十分顯著。隨著填料含量的增加，復(fù)合材料的電導(dǎo)率或磁導(dǎo)率通常會(huì)隨之提高。在導(dǎo)電填料填充的TPU基復(fù)合材料中，當(dāng)填料含量達(dá)到一定閾值時(shí)，會(huì)形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使得復(fù)合材料的電導(dǎo)率急劇增加，電磁屏蔽性能顯著提升。但填料含量過高也可能帶來一些負(fù)面影響，如導(dǎo)致TPU基體的力學(xué)性能下降，材料變得脆硬，加工性能變差。在制備石墨烯填充的TPU基復(fù)合材料時(shí)，當(dāng)石墨烯含量超過10wt%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率會(huì)明顯降低。填料含量過高還可能引起填料的團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致填料在TPU基體中的分散不均勻，影響復(fù)合材料性能的穩(wěn)定性。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要通過實(shí)驗(yàn)和理論分析，確定填料的最佳含量，以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料性能的最優(yōu)化。4.2.2填料分布與分散性填料在TPU基體中的分布狀態(tài)和分散性對(duì)復(fù)合材料的性能有著重要影響。均勻分布的填料能夠充分發(fā)揮其電磁性能，使復(fù)合材料在各個(gè)方向上的性能更加一致。當(dāng)導(dǎo)電填料在TPU基體中均勻分布時(shí)，能夠形成均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有效提高復(fù)合材料的電導(dǎo)率和電磁屏蔽性能。在制備銀納米線填充的TPU基復(fù)合材料時(shí)，通過優(yōu)化制備工藝，使銀納米線在TPU基體中均勻分散，復(fù)合材料的電磁屏蔽效能在X波段可提高10dB以上。相反，不均勻的填料分布會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料性能的各向異性。在某些區(qū)域，填料可能聚集在一起，形成局部的高導(dǎo)電或高導(dǎo)磁區(qū)域，而在其他區(qū)域，填料含量則相對(duì)較低。這種不均勻分布會(huì)使得電磁波在復(fù)合材料中傳播時(shí)，遇到不同的電磁特性區(qū)域，從而產(chǎn)生散射和反射，降低復(fù)合材料的電磁屏蔽性能和低反射性能。在一些多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料中，如果各層之間的填料分布不均勻，會(huì)導(dǎo)致層間的阻抗不匹配，增加電磁波的反射，降低整體的屏蔽效果。填料的分散性與復(fù)合材料的性能密切相關(guān)。良好的分散性能夠增加填料與TPU基體之間的接觸面積，增強(qiáng)界面相互作用，從而提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和電磁性能。通過添加表面活性劑、對(duì)填料進(jìn)行表面處理等方法，可以改善填料在TPU基體中的分散性。對(duì)碳納米管進(jìn)行表面氧化處理，使其表面帶有更多的極性基團(tuán)，能夠增強(qiáng)碳納米管與TPU基體之間的相容性，提高碳納米管在TPU基體中的分散性。采用超聲分散、機(jī)械攪拌等手段，也有助于提高填料的分散效果。在制備過程中，合適的加工工藝和設(shè)備選擇也至關(guān)重要，能夠確保填料在TPU基體中均勻分散。4.2.3TPU基體特性TPU基體自身的特性對(duì)復(fù)合材料的性能有著基礎(chǔ)性的影響。TPU的分子結(jié)構(gòu)是決定其性能的關(guān)鍵因素之一。TPU由軟鏈段和硬鏈段組成，軟鏈段的長(zhǎng)度和組成影響著材料的柔韌性和彈性，硬鏈段的含量和結(jié)構(gòu)則決定了材料的強(qiáng)度和硬度。較長(zhǎng)的軟鏈段會(huì)使TPU具有更好的柔韌性和低溫性能，有利于復(fù)合材料在一些需要彎曲和低溫環(huán)境下的應(yīng)用。在可穿戴電子設(shè)備的電磁屏蔽材料中，需要材料具有良好的柔韌性，以適應(yīng)人體的運(yùn)動(dòng)和穿戴需求，此時(shí)具有較長(zhǎng)軟鏈段的TPU基體能夠滿足這一要求。而較高含量的硬鏈段則能提高TPU的強(qiáng)度和硬度，增強(qiáng)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在一些對(duì)力學(xué)性能要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中，如電子設(shè)備的外殼，需要材料具有足夠的強(qiáng)度來保護(hù)內(nèi)部元件，較高硬鏈段含量的TPU基復(fù)合材料能夠更好地勝任。TPU的結(jié)晶度對(duì)復(fù)合材料的性能也有重要影響。結(jié)晶度較高的TPU，其分子鏈排列更加規(guī)整，分子間作用力更強(qiáng)，從而使材料具有更高的強(qiáng)度和硬度。但結(jié)晶度的提高也可能導(dǎo)致材料的柔韌性和加工性能下降。在TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料中，結(jié)晶度會(huì)影響填料與TPU基體之間的界面結(jié)合情況。較高的結(jié)晶度可能會(huì)使填料在基體中的分散性變差，影響復(fù)合材料的電磁性能。通過控制TPU的合成工藝和加工條件，可以調(diào)節(jié)其結(jié)晶度，以滿足復(fù)合材料不同性能的需求。在制備過程中，適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚砜梢愿淖僒PU的結(jié)晶度，優(yōu)化復(fù)合材料的性能。4.2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)低反射和高電磁屏蔽性能的關(guān)鍵因素。不同的結(jié)構(gòu)類型對(duì)電磁波的反射、吸收和傳輸有著不同的作用機(jī)制。雙層結(jié)構(gòu)中，高導(dǎo)電層和高吸收層的組合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電磁波的初步反射和吸收。但由于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，在寬頻段內(nèi)的屏蔽性能和低反射性能有限。在一些對(duì)屏蔽性能要求不高的低頻段應(yīng)用中，雙層結(jié)構(gòu)可以滿足基本需求。三明治結(jié)構(gòu)通過“吸收層-反射層-吸收層”的設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了各層材料的協(xié)同作用。中間的反射層將未被吸收的電磁波反射回吸收層，增加了電磁波在材料內(nèi)部的傳播路徑和反射次數(shù)，從而在較寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了較高的電磁屏蔽效能和較低的反射率。在通信領(lǐng)域，對(duì)于工作在不同頻段的通信設(shè)備，三明治結(jié)構(gòu)的TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料能夠有效屏蔽電磁干擾，確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。梯度結(jié)構(gòu)則通過材料電磁參數(shù)的連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)了與自由空間的良好阻抗匹配，在寬頻段內(nèi)具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能和低反射性能。在一些對(duì)電磁環(huán)境要求嚴(yán)苛的軍事和航空航天領(lǐng)域，梯度結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料能夠有效屏蔽復(fù)雜的電磁信號(hào)，保護(hù)設(shè)備免受電磁干擾。結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化對(duì)復(fù)合材料性能的提升也至關(guān)重要。各層材料的厚度、層數(shù)以及層間的排列順序等參數(shù)，都會(huì)影響復(fù)合材料的電磁性能。通過理論計(jì)算和模擬仿真，可以精確確定這些參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能效果。在設(shè)計(jì)多層復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)，根據(jù)目標(biāo)頻段的電磁波特性，合理調(diào)整各層的厚度和電磁參數(shù)，能夠顯著提高復(fù)合材料的屏蔽效能和低反射性能。4.3案例分析：性能測(cè)試與結(jié)果討論以江南大學(xué)劉天西教授、王子成副教授制備的Ni@TPU/LM復(fù)合材料為例，該復(fù)合材料通過在聚氨酯無紡布（Ni@TPU）表面進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，然后與液態(tài)金屬（LM）網(wǎng)格結(jié)合制成，展現(xiàn)出獨(dú)特的性能特點(diǎn)。從電磁屏蔽性能測(cè)試結(jié)果來看，在27-40GHz頻率范圍內(nèi)，當(dāng)厚度為1.2mm時(shí)，其EMI屏蔽效果顯著，屏蔽效果可達(dá)到33.0-31.0dB。這表明該復(fù)合材料在這一特定的高頻頻段內(nèi)，能夠有效地阻隔電磁波的傳播，為電子設(shè)備在該頻段的正常運(yùn)行提供良好的電磁屏蔽環(huán)境。在5G通信設(shè)備中，其工作頻段包含了27-40GHz范圍，Ni@TPU/LM復(fù)合材料可用于制造5G基站的屏蔽部件，有效阻擋基站內(nèi)部電子元件產(chǎn)生的電磁波泄漏，避免對(duì)周邊其他電子設(shè)備造成干擾，同時(shí)也能防止外部電磁干擾信號(hào)進(jìn)入基站，確保5G通信信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。在低反射性能方面，該復(fù)合材料的反射系數(shù)（R）可降至約0.4。低反射系數(shù)意味著材料能夠減少反射電磁波對(duì)周圍環(huán)境和設(shè)備的二次干擾，這在對(duì)電磁環(huán)境要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)景中尤為重要。在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，如核磁共振成像（MRI）設(shè)備周圍，使用低反射的Ni@TPU/LM復(fù)合材料進(jìn)行電磁屏蔽，可以降低反射電磁波對(duì)MRI設(shè)備成像質(zhì)量的影響，提高診斷的準(zhǔn)確性；在航空航天領(lǐng)域，飛機(jī)內(nèi)部的電子設(shè)備眾多，使用低反射的電磁屏蔽復(fù)合材料，能夠減少反射電磁波在設(shè)備之間的相互干擾，保障飛行安全。Ni@TPU/LM復(fù)合材料還具有動(dòng)態(tài)可調(diào)性，其EMI屏蔽性能可以通過溫度、電壓、濕度和應(yīng)力等外部刺激動(dòng)態(tài)調(diào)整。復(fù)合材料的開/關(guān)可切換EMI屏蔽效果可以在1.5到25.5dB之間變化。這種動(dòng)態(tài)可調(diào)性為其在不同工作條件下的應(yīng)用提供了更多的可能性。在可穿戴電子設(shè)備中，設(shè)備可能會(huì)受到人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力變化，以及環(huán)境溫度、濕度的影響，Ni@TPU/LM復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)可調(diào)特性，能夠使其根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整電磁屏蔽性能，確保設(shè)備在各種復(fù)雜環(huán)境下都能正常工作，為用戶提供穩(wěn)定的電磁防護(hù)。該復(fù)合材料具有可拉伸性和柔韌性，這對(duì)于柔性電子和軟機(jī)器人等應(yīng)用至關(guān)重要。在柔性電子設(shè)備中，如可折疊手機(jī)、智能手環(huán)等，需要材料能夠在彎曲、拉伸等變形情況下仍保持良好的電磁屏蔽性能。Ni@TPU/LM復(fù)合材料的可拉伸性和柔韌性使其能夠滿足這些設(shè)備的需求，為柔性電子設(shè)備的發(fā)展提供了有力的材料支持。在軟機(jī)器人領(lǐng)域，機(jī)器人需要在復(fù)雜的環(huán)境中靈活運(yùn)動(dòng)，Ni@TPU/LM復(fù)合材料可以作為軟機(jī)器人的電磁屏蔽外殼，在保證機(jī)器人靈活運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，有效屏蔽機(jī)器人內(nèi)部電子元件產(chǎn)生的電磁干擾，避免對(duì)周圍環(huán)境中的其他電子設(shè)備造成影響。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成分角度分析，Ni@TPU與LM網(wǎng)格的協(xié)同結(jié)合，有效地促進(jìn)了分層阻抗匹配的合理構(gòu)建。分層阻抗匹配結(jié)構(gòu)使得材料與自由空間的阻抗能夠更好地匹配，減少電磁波在材料表面的反射，增強(qiáng)了入射電磁波的引入和耗散。Ni@TPU反射的電磁波與LM網(wǎng)格之間還會(huì)產(chǎn)生破壞性干擾，進(jìn)一步降低了反射電磁波的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的低反射率EMI屏蔽性能。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成分組合為低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的制備提供了新的思路和方法，通過優(yōu)化Ni@TPU和LM網(wǎng)格的參數(shù)，如Ni@TPU中Ni的含量、LM網(wǎng)格的尺寸和形狀等，可以進(jìn)一步提升復(fù)合材料的性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。五、低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料制備工藝5.1制備方法選擇與優(yōu)化低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的制備方法眾多，每種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，需根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能需求進(jìn)行合理選擇與優(yōu)化。溶液共混法是將TPU和導(dǎo)電或?qū)Т盘盍先芙庠谶m當(dāng)?shù)娜軇┲?，通過攪拌、超聲等手段使其充分混合，然后去除溶劑得到復(fù)合材料。在制備碳納米管填充的TPU基復(fù)合材料時(shí)，可將TPU溶解在二甲基甲酰胺（DMF）中，同時(shí)將碳納米管分散在DMF中，超聲處理使碳納米管均勻分散，再將兩者混合攪拌，最后通過蒸發(fā)溶劑的方式得到復(fù)合材料。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠使填料在TPU基體中實(shí)現(xiàn)較為均勻的分散，尤其適用于納米級(jí)填料，能夠充分發(fā)揮填料的性能優(yōu)勢(shì)。溶液共混法還可以精確控制各組分的比例，有利于制備具有特定性能的復(fù)合材料。但溶液共混法也存在明顯的缺點(diǎn)，如使用大量的有機(jī)溶劑，不僅成本較高，而且在溶劑揮發(fā)過程中可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。溶劑的殘留也可能會(huì)影響復(fù)合材料的性能穩(wěn)定性。在選擇溶液共混法時(shí)，需要綜合考慮材料的性能需求和環(huán)保因素。若對(duì)填料的分散性要求極高，且能夠有效解決溶劑問題，溶液共混法是一種可行的選擇。為了優(yōu)化該方法，可以選擇環(huán)保型的溶劑，如超臨界二氧化碳等，以減少對(duì)環(huán)境的影響。同時(shí)，改進(jìn)溶劑去除工藝，如采用真空干燥、噴霧干燥等技術(shù)，提高溶劑去除效率，降低溶劑殘留。熔融共混法是在TPU的熔融狀態(tài)下，將導(dǎo)電或?qū)Т盘盍霞尤肫渲?，通過螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)等設(shè)備進(jìn)行混合。在制備石墨烯填充的TPU基復(fù)合材料時(shí)，將TPU顆粒和石墨烯粉末加入到雙螺桿擠出機(jī)中，在高溫下使TPU熔融，通過螺桿的旋轉(zhuǎn)和剪切作用，將石墨烯均勻分散在TPU基體中。該方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。熔融共混法不使用有機(jī)溶劑，避免了溶劑帶來的環(huán)境污染和成本問題。但由于TPU在熔融狀態(tài)下粘度較高，填料在其中的分散難度較大，容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。在制備過程中，TPU可能會(huì)受到高溫和剪切力的作用而發(fā)生降解，影響復(fù)合材料的性能。若對(duì)生產(chǎn)效率和成本控制要求較高，且能夠通過合適的工藝手段解決填料分散和TPU降解問題，熔融共混法是較為合適的選擇。為了優(yōu)化熔融共混法，可以在共混前對(duì)填料進(jìn)行表面處理，提高填料與TPU基體的相容性，促進(jìn)填料的分散。調(diào)整加工工藝參數(shù)，如降低加工溫度、優(yōu)化螺桿轉(zhuǎn)速等，減少TPU的降解。原位聚合法是在TPU單體或預(yù)聚體存在的情況下，使導(dǎo)電或?qū)Т盘盍显谄渲性簧苫蚓酆?。在制備銀納米粒子填充的TPU基復(fù)合材料時(shí)，先將TPU的單體和引發(fā)劑溶解在溶劑中，然后加入銀鹽溶液，通過化學(xué)還原反應(yīng)使銀納米粒子在TPU單體中原位生成，同時(shí)引發(fā)TPU單體聚合，得到復(fù)合材料。該方法能夠使填料與TPU基體之間形成緊密的結(jié)合，增強(qiáng)界面相互作用，從而提高復(fù)合材料的性能。由于填料是在原位生成，其分散性通常較好。但原位聚合法的制備過程較為復(fù)雜，反應(yīng)條件難以控制，對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求較高。在選擇原位聚合法時(shí)，若對(duì)復(fù)合材料的界面結(jié)合和填料分散性有特殊要求，且具備相應(yīng)的技術(shù)和設(shè)備條件，可以考慮采用該方法。為了優(yōu)化原位聚合法，需要深入研究反應(yīng)機(jī)理，精確控制反應(yīng)條件，如溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物濃度等，確保反應(yīng)的順利進(jìn)行和復(fù)合材料性能的穩(wěn)定性。5.2制備工藝對(duì)結(jié)構(gòu)與性能的影響制備工藝中的多個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能有著顯著影響?；旌暇鶆蛐允侵苽溥^程中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能起著基礎(chǔ)性作用。在溶液共混法中，攪拌速度和時(shí)間是影響混合均勻性的關(guān)鍵因素。當(dāng)攪拌速度過慢時(shí)，TPU和填料在溶劑中難以充分分散，會(huì)導(dǎo)致填料團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重。在制備石墨烯填充的TPU基復(fù)合材料時(shí)，若攪拌速度僅為200r/min，石墨烯容易在溶液中聚集，形成較大的團(tuán)聚體。這些團(tuán)聚體在后續(xù)成型過程中會(huì)成為復(fù)合材料內(nèi)部的缺陷，破壞材料結(jié)構(gòu)的均勻性。從性能角度來看，團(tuán)聚的填料無法在TPU基體中形成有效的導(dǎo)電或?qū)Т啪W(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致復(fù)合材料的電磁屏蔽性能下降。當(dāng)石墨烯團(tuán)聚時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率降低，在X波段的電磁屏蔽效能可能會(huì)降低10dB以上。攪拌時(shí)間不足也會(huì)使混合不均勻。若攪拌時(shí)間僅為30分鐘，TPU和填料之間的相互作用較弱，無法充分實(shí)現(xiàn)分子層面的均勻混合。這會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料在不同區(qū)域的性能差異較大，影響其穩(wěn)定性和可靠性。在熔融共混法中，螺桿轉(zhuǎn)速和混煉時(shí)間同樣對(duì)混合均勻性至關(guān)重要。較低的螺桿轉(zhuǎn)速無法提供足夠的剪切力，難以將填料均勻分散在TPU的熔融體中。在制備碳納米管填充的TPU基復(fù)合材料時(shí)，若螺桿轉(zhuǎn)速為100r/min，碳納米管容易在TPU基體中分布不均，形成局部富集區(qū)域。這些區(qū)域的存在會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能和電磁性能出現(xiàn)各向異性。從力學(xué)性能方面，局部富集區(qū)域會(huì)成為應(yīng)力集中點(diǎn)，降低復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。從電磁性能方面，會(huì)影響復(fù)合材料的電磁屏蔽性能的均勻性，導(dǎo)致在某些方向上的屏蔽效果較差。混煉時(shí)間過短也無法保證TPU和填料充分混合。若混煉時(shí)間僅為10分鐘，TPU和填料之間的界面結(jié)合不夠緊密，影響復(fù)合材料的綜合性能。為了提高混合均勻性，可以采用多種手段。在溶液共混法中，除了優(yōu)化攪拌速度和時(shí)間外，還可以結(jié)合超聲分散技術(shù)。超聲的高頻振動(dòng)能夠打破填料的團(tuán)聚體，使其在溶液中更均勻地分散。在制備銀納米粒子填充的TPU基復(fù)合材料時(shí)，超聲處理30分鐘后，銀納米粒子在TPU溶液中的分散性明顯改善，團(tuán)聚現(xiàn)象顯著減少。在熔融共混法中，可以增加螺桿的螺紋數(shù)量和長(zhǎng)度，提高剪切力和混煉效果。還可以采用多階混煉工藝，先進(jìn)行初步混煉，再進(jìn)行精細(xì)混煉，進(jìn)一步提高混合均勻性。成型工藝直接決定了復(fù)合材料的最終結(jié)構(gòu)和性能。熱壓成型過程中，溫度、壓力和時(shí)間是關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)熱壓溫度過高時(shí)，TPU基體可能會(huì)發(fā)生降解，導(dǎo)致材料的力學(xué)性能下降。在制備TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料時(shí)，若熱壓溫度超過220°C，TPU的分子鏈會(huì)發(fā)生斷裂，拉伸強(qiáng)度可能會(huì)降低30%以上。過高的溫度還可能影響填料與TPU基體之間的界面結(jié)合，破壞復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。熱壓溫度過低則會(huì)導(dǎo)致TPU基體無法充分熔融，材料成型困難，內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松。若熱壓溫度僅為160°C，TPU無法完全填充模具型腔，復(fù)合材料內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)空隙，降低材料的密度和力學(xué)性能。從電磁屏蔽性能角度，空隙的存在會(huì)影響電磁波在材料中的傳播路徑，導(dǎo)致屏蔽性能下降。熱壓壓力對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能也有重要影響。壓力過大可能會(huì)使復(fù)合材料內(nèi)部的填料發(fā)生變形或位移，破壞導(dǎo)電或?qū)Т啪W(wǎng)絡(luò)。在制備含有金屬纖維的TPU基復(fù)合材料時(shí)，過大的壓力可能會(huì)使金屬纖維彎曲或折斷，降低復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。壓力過小則無法使復(fù)合材料緊密成型，導(dǎo)致材料的密度和力學(xué)性能降低。熱壓時(shí)間也需要精確控制。時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致TPU基體過度交聯(lián)，材料變硬變脆，力學(xué)性能下降。時(shí)間過短則材料無法充分固化成型，影響其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和性能。注塑成型過程中，注塑溫度、注塑壓力和保壓時(shí)間等參數(shù)同樣影響復(fù)合材料的性能。注塑溫度影響TPU的流動(dòng)性和填充性。溫度過高，TPU的流動(dòng)性過大，可能會(huì)導(dǎo)致模具溢料，同時(shí)也會(huì)增加TPU降解的風(fēng)險(xiǎn)。溫度過低，TPU流動(dòng)性差，難以填充模具型腔，導(dǎo)致制品出現(xiàn)缺陷。注塑壓力決定了TPU在模具中的填充速度和密實(shí)程度。壓力過大，可能會(huì)使制品產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響制品的力學(xué)性能。壓力過小，制品可能會(huì)出現(xiàn)欠注、縮痕等缺陷。保壓時(shí)間則影響制品的尺寸精度和密度。保壓時(shí)間過短，制品在冷卻過程中容易收縮變形，尺寸精度降低。保壓時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)增加生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)效率。為了優(yōu)化成型工藝，需要通過實(shí)驗(yàn)和模擬分析，精確確定各參數(shù)的最佳值。利用有限元模擬軟件，對(duì)熱壓成型和注塑成型過程進(jìn)行模擬，分析不同參數(shù)下復(fù)合材料的溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布，預(yù)測(cè)制品的質(zhì)量和性能。根據(jù)模擬結(jié)果，調(diào)整工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)成型工藝的優(yōu)化。后處理工藝能夠進(jìn)一步改善復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能。退火處理是常見的后處理工藝之一，它可以消除復(fù)合材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，提高結(jié)晶度。在制備TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料后，進(jìn)行退火處理，溫度控制在100°C，時(shí)間為2小時(shí)。退火處理后，復(fù)合材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力得到有效消除，從XRD分析結(jié)果可以看出，結(jié)晶度提高了10%左右。結(jié)晶度的提高增強(qiáng)了TPU基體的力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度提高了15%左右。退火處理還可以改善填料與TPU基體之間的界面結(jié)合，使界面更加緊密。從SEM圖像可以觀察到，退火處理后，填料與TPU基體之間的界面過渡更加平滑，界面結(jié)合力增強(qiáng)。這有助于提高復(fù)合材料的電磁屏蔽性能，因?yàn)榱己玫慕缑娼Y(jié)合能夠促進(jìn)電磁波在材料中的傳播和損耗，減少界面處的反射和散射。在X波段，電磁屏蔽效能可提高5dB左右。表面處理也是重要的后處理工藝。對(duì)復(fù)合材料表面進(jìn)行化學(xué)鍍或噴涂導(dǎo)電涂料，可以提高表面的導(dǎo)電性，增強(qiáng)電磁屏蔽性能。在復(fù)合材料表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅處理，能夠在表面形成一層均勻的銅膜。這層銅膜具有良好的導(dǎo)電性，能夠有效反射電磁波。從電磁屏蔽性能測(cè)試結(jié)果來看，化學(xué)鍍銅處理后，復(fù)合材料在X波段的反射損耗增加了10dB左右，電磁屏蔽效能得到顯著提升。表面處理還可以改善復(fù)合材料的耐腐蝕性和耐磨性。在含有化學(xué)鍍銅層的復(fù)合材料表面，銅膜能夠保護(hù)TPU基體免受化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，提高耐腐蝕性。銅膜的硬度較高，也能夠提高復(fù)合材料的耐磨性。為了充分發(fā)揮后處理工藝的作用，需要根據(jù)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能需求，選擇合適的后處理方法和參數(shù)。在選擇退火處理時(shí)，需要根據(jù)TPU的種類和復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，確定合適的退火溫度和時(shí)間。在進(jìn)行表面處理時(shí)，需要根據(jù)復(fù)合材料的應(yīng)用場(chǎng)景和性能要求，選擇合適的表面處理方法和材料。5.3案例分析：制備工藝實(shí)踐以TPU/FeCo@CNT/MXene三明治復(fù)合泡沫材料為例，其制備過程采用二氧化碳（CO?）間歇發(fā)泡法，這是一種利用超臨界二氧化碳作為物理發(fā)泡劑的先進(jìn)制備技術(shù)。在制備前期，需要對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理。將熱塑性聚氨酯（TPU）顆粒在80°C的真空干燥箱中干燥12小時(shí)，去除水分，以避免在發(fā)泡過程中因水分汽化導(dǎo)致泡孔結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。同時(shí)，對(duì)鐵鈷合金改性碳納米管（FeCo@CNT）和MXene進(jìn)行表面處理。采用超聲分散的方法，將FeCo@CNT和MXene分別分散在無水乙醇中，超聲功率為200W，時(shí)間為30分鐘，使它們均勻分散，增強(qiáng)與TPU基體的相容性。正式制備時(shí)，首先將干燥后的TPU顆粒與經(jīng)過表面處理的FeCo@CNT、MXene按照一定比例加入到雙螺桿擠出機(jī)中。螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)置為150r/min，加工溫度為180-200°C，通過螺桿的旋轉(zhuǎn)和剪切作用，使TPU、FeCo@CNT和MXene充分混合，得到均勻的復(fù)合物料。將復(fù)合物料制成一定尺寸的預(yù)成型坯體，放入高壓反應(yīng)釜中。向反應(yīng)釜中充入超臨界二氧化碳，壓力控制在10-15MPa，溫度保持在40-50°C，使二氧化碳充分溶脹到復(fù)合物料中。維持一定時(shí)間后，快速卸壓，使二氧化碳在復(fù)合物料中迅速膨脹形成泡孔，從而制備出TPU/FeCo@CNT/MXene三明治復(fù)合泡沫材料。這種制備工藝對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生了顯著影響。從結(jié)構(gòu)上看，二氧化碳間歇發(fā)泡法使得復(fù)合材料內(nèi)部形成了均勻的泡孔結(jié)構(gòu)。泡孔的存在降低了材料的密度，實(shí)現(xiàn)了材料的輕量化。泡孔的大小和分布與發(fā)泡條件密切相關(guān)。當(dāng)發(fā)泡壓力為12MPa，溫度為45°C時(shí)，泡孔平均直徑約為50μm，且分布均勻。均勻的泡孔結(jié)構(gòu)有利于提高材料的力學(xué)性能，泡孔能夠分散應(yīng)力，減少應(yīng)力集中，從而提高材料的韌性和抗沖擊性能。在拉伸測(cè)試中，該復(fù)合泡沫材料的斷裂伸長(zhǎng)率比未發(fā)泡的TPU基復(fù)合材料提高了30%左右。在電磁屏蔽性能方面，F(xiàn)eCo@CNT和MXene的協(xié)同作用以及特殊的三明治結(jié)構(gòu)，使得復(fù)合泡沫材料展現(xiàn)出頻率選擇性電磁屏蔽特性。FeCo@CNT具有良好的磁性能，能夠通過磁損耗吸收電磁波能量；MXene則具有優(yōu)異的電學(xué)性能，能夠有效反射和散射電磁波。在9.2-13.0GHz頻率范圍內(nèi)，隨著發(fā)泡條件的變化，屏蔽峰頻率發(fā)生移動(dòng)。當(dāng)發(fā)泡溫度升高時(shí)，屏蔽峰頻率向高頻方向移動(dòng)。這是因?yàn)榘l(fā)泡溫度影響了泡孔結(jié)構(gòu)和填料的分布，進(jìn)而改變了復(fù)合材料的電磁參數(shù)，導(dǎo)致屏蔽峰頻率發(fā)生變化。在密度為0.76g/cm3時(shí)，平均電磁屏蔽性能可達(dá)53.7dB，能夠滿足多種電子設(shè)備對(duì)電磁屏蔽的需求。制備工藝中的混合過程對(duì)材料性能也有重要影響。在雙螺桿擠出機(jī)中，充分的混合確保了FeCo@CNT和MXene在TPU基體中均勻分散。均勻分散的填料能夠形成有效的導(dǎo)電和導(dǎo)磁網(wǎng)絡(luò)，提高復(fù)合材料的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，從而增強(qiáng)電磁屏蔽性能。若混合不均勻，填料容易團(tuán)聚，導(dǎo)致局部電磁性能下降，影響整體的屏蔽效果。在實(shí)際應(yīng)用中，通過優(yōu)化制備工藝參數(shù)，如螺桿轉(zhuǎn)速、加工溫度、發(fā)泡壓力和溫度等，可以進(jìn)一步調(diào)控材料的結(jié)構(gòu)和性能，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的需求。六、低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料應(yīng)用前景6.1在電子設(shè)備中的應(yīng)用6.1.1手機(jī)在智能手機(jī)中，低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料具有重要的應(yīng)用價(jià)值。手機(jī)作為人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫碾娮釉O(shè)備之一，其內(nèi)部集成了大量的電子元件，如處理器、通信模塊、攝像頭等。這些元件在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種頻率的電磁波，不僅可能干擾手機(jī)自身的正常運(yùn)行，導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定、通話質(zhì)量下降、數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤等問題，還會(huì)對(duì)周圍環(huán)境中的其他電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，影響其正常工作。同時(shí)，隨著5G通信技術(shù)的普及，手機(jī)的通信頻段更高，數(shù)據(jù)傳輸速率更快，這也使得手機(jī)面臨的電磁干擾問題更加嚴(yán)峻。將低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料應(yīng)用于手機(jī)外殼或內(nèi)部屏蔽結(jié)構(gòu)，能夠有效解決上述問題。低反射特性能夠減少電磁波在手機(jī)表面的反射，降低對(duì)周圍環(huán)境的電磁污染。在人員密集的場(chǎng)所，如辦公室、商場(chǎng)等，使用低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料的手機(jī)能夠減少對(duì)其他人員手機(jī)及電子設(shè)備的干擾。良好的電磁屏蔽性能可以有效阻擋手機(jī)內(nèi)部電子元件產(chǎn)生的電磁波泄漏，提高手機(jī)的電磁兼容性，保障手機(jī)信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。在地鐵、電梯等電磁環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，這種復(fù)合材料能夠減少外界電磁干擾對(duì)手機(jī)信號(hào)的影響，確保用戶能夠順暢地進(jìn)行通話、上網(wǎng)等操作。從用戶體驗(yàn)角度來看，低反射TPU基電磁屏蔽復(fù)合材料還能提升手機(jī)的散熱性能。由于該復(fù)合材料能夠有效屏蔽電磁波，減少了電磁能量在手機(jī)內(nèi)部的積聚，從而降低了手機(jī)的發(fā)熱問題。在長(zhǎng)時(shí)間玩游戲、觀看視頻等高負(fù)載運(yùn)行場(chǎng)景下，手機(jī)的溫度能夠得到有效控制，避免因過熱導(dǎo)致的性能下降和電池壽命縮短，為用戶