導電聚合物基吸波材料的研究進展

張楠

摘 ?要：導電聚合物復合材料是一種很有前途的電磁波吸收材料，具有低密度、高性能的優點。文章介紹總結了導電聚合物復合吸波材料的最新研究進展，包括與無機材料、有機材料，可調諧化學復合，并對導電聚合物復合吸波材料的發展方向做出展望。

關鍵詞：導電聚合物;吸波材料;研究現狀

中圖分類號：O631.3 文章標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）20-0046-02

Abstract： Conductive polymer composite is a promising electromagnetic wave absorbing material， which has the advantages of low density and high performance. In this paper， the latest research progress of conductive polymer composite absorbing materials is summarized， including tunable chemical composites with inorganic materials and organic materials， and the development direction of conductive polymer composite absorbing materials is prospected.

Keywords： conductive polymer; absorbing material; research status

各種電子設備和通信技術在給人類的生活提供了極大的便利的同時，也導致了嚴重的電磁輻射問題[1]。在治理電磁污染問題上，近年來，低反射、高吸收的吸波材料受到越來越多的關注[2]。一般來說，吸波材料根據其微波損耗機理可分為兩類：介電損耗材料和磁損耗材料。磁損耗材料如鐵、鈷、鎳及其相關鐵氧體，通常具有良好的磁損耗性，但是在強反射損耗和寬頻率響應下，其高密度和較差的耐蝕性限制了其可持續發展[3]。相反，傳統的介電損耗材料，如SiC、BaTiO3、碳和ZnO，由于復介電常數和復磁導率之間差距相對較大，導致阻抗不匹配和吸收帶寬窄[4]。因此，開發性能優良的新型吸波材料仍具有挑戰性。導電聚合物是一類電阻率處于導體與半導體之間的高分子，其結構中包含單雙鍵重復性結構單元，利于形成共軛鍵而具有導電性。導電聚合物由于低密度、低成本、耐腐蝕和易制備等優點，作為電磁屏蔽材料已經得到了廣泛的研究[5]。然而，單一的聚合物吸波材料由于吸波頻帶比較窄，因此，將導電聚合物與其他材料復合，拓寬有效吸波寬度，提高吸波效率，成為這類材料開發探索的焦點問題。近年來，對導電聚合物的復合設計得到的新型吸波材料在電磁波吸收領域取得了顯著的成就，本文對已發表導電聚合物與其他材料的復合種類進行詳細的總結，將有助于進一步促進導電聚合物基吸波材料的發展。

1 導電聚合物與無機物復合

1.1 與磁性金屬復合

磁性金屬納米粒子在千兆赫茲頻率范圍內通常具有較大的飽和磁化強度、兼容介電損耗，能夠滿足高性能電磁波吸收材料的設計要求。閆智然等人[6]在FeCo磁性納米顆粒的表面通過原位氧化聚合，合成不同系列的FeCo/PPy納米復合材料，結果表明，磁性納米顆粒與聚吡咯復合后可以優化阻抗匹配，增加電磁波吸收性能。

1.2 與鐵氧體復合

鐵氧體是一種典型的磁性介質材料，具有其成分簡單，制備條件溫和等優點，在吸波設計得到了廣泛的應用，是導電聚合物基復合吸波材料中最常見的添加劑。張玉富[7]先通過水熱法制備NixZn1-xFe2O4鐵氧體，并與苯胺通過乳液聚合反應合成了NixZn1-xFe2O4/PANI，他發現，當X=0.7時，復合材料達到最優的電磁波吸收性能。

1.3 與過渡金屬氧化物復合

過渡金屬氧化物與導電聚合物的介電性能相似，而且由于沒有磁吸引力，它們具有良好的分散性。由于導電聚合物與無機組分之間的普遍協同效應，一些具有良好介電性能和微波吸收的過渡金屬氧化物可與導電聚合物復合，以獲得更優異的電磁波性能。賈涵梟[8]通過改變工藝條件制備不同形貌結構的MnO2并與PANI復合得到MnO2@PANI吸波材料，結果表明，復合材料在2-18GHz的頻率范圍內比單一的MnO2具有更強、更寬的反射損耗。

2 導電聚合物與碳材料復合

碳材料由于其低密度、良好的耐蝕性、可設計的微觀結構和可調諧的介電性能，無疑是最有前途的選擇之一。碳材料和導電聚合物復合可以增強介電損耗性能，并提供額外的介電損耗機制，這對于強吸收和寬帶寬非常有利。此外，它們的低密度也有助于制備輕量級電磁波吸收材料。Qiu等人[9]證實了多壁碳納米管（MWCNTs）/PANI復合材料中相對復介電常數的實部和虛部之間存在明顯的共振，從而增強了相應頻率區域的電磁波吸收損耗。

3 多元復合體系

各種二元導電聚合物復合材料在吸收領域（特別是在吸收強度方面）取得了一些預期的成就，而它們的電磁響應頻率仍然相對較窄。為了進一步提高性能，越來越多的研究集中在多元復合導電聚合物復合材料的結構上，進一步優化復合材料的電磁性能。多元復合導電聚合物材料一般有三種改性方法：第一種方法是在二元磁性導電聚合物復合材料中引入一種新的磁性成分，使磁損耗得到充分的增強。Yang等人[10]設計了三元BaFe12O19/Y3Fe12O12/PANI復合材料，發現硬磁鐵氧體（BaFe12O19）和軟磁鐵氧體（Y3Fe12O12）的結合不僅產生了明顯的交換耦合行為和磁損耗能力，而且帶來了典型的介電共振。因此，這種三元BaFe12O19/Y3Fe12O12/PANI復合材料比二元BaFe12O19/PANI復合材料具有更好的微波吸收性能。第二種方法是，二元磁性導電聚合物復合材料中引入一種新的介電組分，可以獲得輕質電磁波吸收材料。劉晨宇[11]制備了MWCNT/Fe3O4/PANI/Au復合物，四種組分各自發揮作用又耦合在一起，增強了材料的最終吸波效果。

4 結論和展望

本文綜述了導電聚合物復合吸波材料的最新進展。導電聚合物與各種有機/無機材料復合得到的吸波材料得到廣泛研究，復合通常會產生明顯的協同效應和互補行為，對電磁波吸收性能的提升具有重要意義。為了進一步提高入射電磁波的衰減，可以通過進一步加入磁性組分或介電組分來優化導電聚合物復合材料的電磁性能。因此，設計多元復合材料正成為制備高性能電磁波吸收材料的焦點，為拓寬電磁波響應帶寬做出了巨大貢獻。

雖然這些導電聚合物基復合材料已經取得了重大進展，但與實際工業應用的差距仍然存在，目前的復合材料不能滿足對電磁波吸收材料的特殊要求。首先，有效吸收時的頻率范圍仍小于預期帶寬;第二，低密度和負載量在實際應用中非常重要，在保證功能的前提下，超輕添加劑的使用對于各種導電聚合物復合材料是非常有意義的。總之，盡管導電聚合物復合材料的相關研究處于初始階段，但其在電磁波吸收材料領域具有巨大潛力和廣闊的應用前景。

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