木基导电电磁屏蔽材料的研究进展

王丽^1,2，王哲¹，宁国艳¹，沈玉林¹，王喜明¹

1. 内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院2. 内蒙古科技大学分析测试中心

摘 要：电子产品的广泛应用带来了严重的电磁效应,产生的累积热效应及振动效应会对人体造成严重影响,并且,在非介质条件下自由传播的电磁波易引起信息泄露及干扰其他电子设备正常运行。电磁屏蔽材料可以减轻或消除电磁效应带来的不良影响,但传统的电磁屏蔽材料存在生产过程繁琐、二次污染严重、屏蔽机理单一等弊端。宏观上,木材是重要的生态环境材料,天然可再生,能够固定碳元素,易加工成型,在使用过程中具有隔热保温、吸音隔声之功能。同时,木材还具有可降解、可循环利用、环境协调性良好、强重比较高等独特的应用优势。微观上,木材具有微米-纳米级多尺度孔隙结构,其天然的骨架形态可作为其他材料的基质模板,多孔通道表面富含大量的活性位点（碳自由基、游离性羟基、羰基、羧基等基团）,可进行一系列的物理、化学改性。但是作为材料,木材是一种易于干缩、湿胀、变形、腐朽的各向异性绝缘材料,这些性质致使其有效利用率大大降低、应用领域局限性强。众多学者将木材作为一种模板基质以各种形式与导电材料结合,赋予其电磁屏蔽能力并弱化其缺陷,获得功能性的复合型结构材料——木基导电复合材料。木基导电复合材料的制备方法有涂层法、填充法、炭化结晶法及纳米材料复合法。涂层法是采用化学气相沉积、离子溅射等手段将不同金属及非金属元素与木材表面紧密结合的处理方法,制得的复合材料具有表面电阻率高、结合机理较为简单、操作容易的优点,但进行涂层前需预先对木材表面进行敏化、除油、活化等工艺处理,且复合材料的镀层易脱落,表面反射易引起二次污染。填充法是将金属网、金属纤维、导电胶、金属络合物、导电聚合物与木质单元叠层、混合的方法,存在导电成分分布不均、电导率较低、屏带窄等缺点。炭化结晶法是在无氧（氮气保护）的状态下将木材烧制成多孔性材料,并灌注金属类导电材料的方法,此种方法的生产成本较高、工艺复杂且复合材料的屏蔽效能也较低。纳米材料复合法是将木质单元中的纤维素、半纤维素、木质素纳米化后与导电材料通过原位聚合、掺杂等方法进行复合,存在导电成分易凝聚、涉及频带窄且屏蔽效能值较低等问题。木基导电复合材料下一步的研究方向为高吸收、屏带宽、附有其他活性功能基团的绿色可再生新型复合材料。基于以上内容,本文以木质材料天然的三维立体、多孔通道,富含活性官能团羟基、羧基的特性为基础,结合不同导电成分的导电性能,分析了复合材料导电性的形成机制、现有制备方法、电磁屏蔽机理及导电性的性能评价与表征技术,并阐述了复合材料在防静电、电磁屏蔽、光电及医学等领域的功能化应用。

关键词：木基导电复合材料;多孔结构;电磁屏蔽效应;