微孔结构双层电磁屏蔽材料的强吸收-低反射特性及其在电磁干扰防护中的应用

　　针对传统单层电磁屏蔽材料吸收效率低、易产生二次反射污染的问题，研究人员通过超临界CO2 发泡技术构建了由MWCNT/Fe/PVDF微孔吸波层与高导电MWCNT/PVDF屏蔽层组成的双层复合材料。该材料在X波段实现41.75 dB平均屏蔽效能（SE）和0.12反射率，吸波层反射损耗（RL）低至?60 dB，有效吸收带宽达3.44 GHz，为开发轻量化、宽频段吸收主导型电磁干扰（EMI）屏蔽材料提供了新策略。

　　

随着无线通信技术的迅猛发展，电磁辐射对设备运行、人体健康和信息安全的威胁日益凸显。传统单层电磁屏蔽材料往往面临两大困境：一是依赖反射机制导致二次污染，二是难以兼顾宽频吸收与轻量化需求。尤其在高频段（如X波段），阻抗失配问题会显著降低材料对电磁波（EMW）的耗散效率。针对这一挑战，广州科技局资助的研究团队在《Journal of Materials Science》发表了一项突破性研究，通过创新性地结合微孔结构设计与磁性-介电协同效应，开发出具有“吸收-反射-再吸收”路径的双层电磁屏蔽材料。

研究采用超临界二氧化碳（scCO₂
）发泡技术制备多壁碳纳米管（MWCNT）/片状铁粉（Fe）/聚偏氟乙烯（PVDF）微孔吸波层，并通过熔融共混获得高导电MWCNT/PVDF（20/80 vol.%）致密屏蔽层。关键技术包括：1）通过物理约束发泡调控泡孔结构与空隙率（VF）；2）利用片状Fe的磁各向异性突破Snoek极限；3）采用梯度结构设计优化阻抗匹配。

PVDF复合泡沫制备与结构表征
通过扫描电镜证实，当VF为75%时，MWCNT/Fe/PVDF（5/10/75 vol.%）形成均匀的闭孔结构，孔径分布在20-50 μm。这种微孔结构通过多重散射延长了电磁波传播路径，同时泡孔壁的MWCNT网络提供了导电损耗通道。

电磁性能调控机制
片状Fe的引入显著提升了磁损耗能力，其高饱和磁化强度（通过振动样品磁强计验证）与MWCNT的介电损耗产生协同效应。在8.2-12.4 GHz（X波段），复合材料的复介电常数（ε
）和复磁导率（μ
）呈现频率色散特性，表明存在德拜弛豫和自然共振等多重损耗机制。

屏蔽效能与反射控制
双层结构展现出41.75 dB的平均总屏蔽效能（SE_T
），其中吸收主导占比达98.6%。吸波层的RL_min
为?60 dB（厚度2 mm），有效吸收带宽覆盖3.44 GHz。导电层的表面反射系数（R）仅0.12，证实了“阻抗匹配-衰减-屏蔽”解耦设计的有效性。

该研究通过微孔结构设计与磁性/介电填料的空间排布，实现了电磁波能量的阶梯式耗散。其重要意义在于：1）为突破Snoek极限提供了片状Fe的磁各向异性解决方案；2）通过scCO₂
发泡工艺实现了轻量化（密度降低75%）与高性能的统一；3）建立的“吸收-反射-再吸收”模型为下一代低反射EMI屏蔽材料开发提供了普适性框架。Zixuan Wang等学者的工作标志着结构-功能一体化电磁防护材料向工程化应用迈出了关键一步。