在 5G 及 6G 通信技術高速發(fā)展的背景下，電磁污染問題日益凸顯，對高性能電磁干擾（EMI）屏蔽材料的需求愈發(fā)迫切。理想的屏蔽材料需兼具輕質(zhì)、柔性、高導電性、卓越機械性能以及可靠的環(huán)境穩(wěn)定性。芳綸（聚對苯二甲酰對苯二胺）纖維增強復合材料憑借其出色的比強度和耐熱性，已廣泛應用于航空航天電子領域，并展現(xiàn)出實現(xiàn)高效 EMI 屏蔽的需求。然而，芳綸纖維固有的化學惰性導致其在 EMI 屏蔽涂層與纖維基體間難以形成牢固的界面結合力，嚴重制約了其實際應用。傳統(tǒng)的化學蝕刻方法雖可在高分子纖維表面引入活性位點以促進金屬顆粒附著，但往往不可逆地損害纖維的固有機械強度。為突破這一瓶頸，本研究引入了一種非破壞性的π-π 共軛表面修飾策略。該技術在不損傷纖維本體結構的前提下，于惰性纖維表面高效構筑活性位點，進而實現(xiàn)了均勻、可控的金屬涂層沉積。
本工作制備了一種基于π-π共軛界面工程的銅/鎳雙金屬化芳綸纖維復合材料（PVB-Cu/Ni@AF），并用于極端環(huán)境電磁屏蔽領域。該材料通過單寧酸（TA）在芳綸纖維表面構建非破壞性π-π錨定層，實現(xiàn)鈀催化位點的高效負載，進而誘導均勻化學鍍沉積銅/鎳雙金屬涂層。特別地，π-π修飾在保留纖維固有機械強度（1.47 GPa）的同時，解決了傳統(tǒng)酸蝕法導致的力學性能劣化問題。PVB封裝層通過界面氫鍵強化復合材料的環(huán)境穩(wěn)定性，使其在強酸（pH 2）、強堿（pH 14）、水浸（15天）及高溫（50℃）條件下仍維持>78 dB的電磁屏蔽效能。雙金屬異質(zhì)界面協(xié)同效應使材料在X波段（8.2–12.4 GHz）實現(xiàn)91.9 dB的超高屏蔽效能，并通過CST微波仿真驗證其在1.09 m×0.66 m雷達罩模型中達到80.68 dB的工程適用性（遠超軍用60 dB標準）。因此，該復合材料在航空航天雷達罩、艦載電子防護系統(tǒng)及通信基站等領域具有廣闊應用前景。
圖1 PVB-Cu/Ni@AF制備工藝示意圖.
圖2 不同纖維的SEM圖像及相應的元素分布。(a)AF，(b) Ni@AF，(c) Cu@AF ，(d) PVB-Ni / Cu@AF， (e) PVB-Cu / Ni@AF.
圖3 AF、TA-AF、PVB-Ni/Cu@AF和PVB-Cu/Ni@AF的(a)FTIR光譜和(b)拉曼光譜，(c)AF、PVB-Ni/Cu@AF和PVB-Cu/Ni@AF的XRD譜圖，(d) AF的C 1s XPS精細譜，(e) TA-AF的C 1s XPS精細譜，PVB-Ni/Cu@AF的(f)Ni 2p和(g)Cu 2p XPS精細譜，PVB-Cu/Ni@AF的(h) Ni 2p, (i)Cu 2p XPS精細譜。
圖4 (a) AF、Ni@AF、Cu@AF、Cu/Ni@AF和Ni/Cu@AF的應力應變曲線。(b) AF、Ni@AF、Cu@AF、Cu/Ni@AF和Ni/Cu@AF的抗拉強度
圖5 (a) EMI SE, (b)平均SER， SEA和SET， (c) Ni@AF, Cu@AF, Cu/Ni@AF, Ni/Cu@AF， PVB-Cu/Ni@AF和PVB-Ni/Cu@AF織物的電導率，(d)堿性，(e)酸，(f)氧化和(g)浸泡處理的典型樣品的EMI SE，(h)典型樣品的平均SET.
圖6 PVB-Cu/Ni@AF織物電磁屏蔽機理示意圖
圖7 (a)天線罩三維模型，(b)電磁屏蔽效能，(c) 10 GHz時天線罩電場分布，(d) 10 GHz時天線罩截面電場分布.
相關研究成果以“Enhanced electroless metallization of aramid fibers via non-destructive π–π surface engineering for EMI shielding”為題發(fā)表在Composites Science and Technology（2025, 10.1016/j.compscitech.2025.111236）期刊上。西北工業(yè)大學材料科學與工程學院博士研究生張?zhí)煲?/span>為第一作者，西北工業(yè)大學劉旭慶教授、葉謙副教授和西安科技大學曹樂副教授為共同通訊作者。此研究工作得到國家自然科學基金、陜西省科技創(chuàng)新團隊的資助支持。
論文鏈接 https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2025.111236
