导电聚合物基吸波材料的研究进展

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　　摘  要：导电聚合物复合材料是一种很有前途的电磁波吸收材料，具有低密度、高性能的优点。文章介绍总结了导电聚合物复合吸波材料的最新研究进展，包括与无机材料、有机材料，可调谐化学复合，并对导电聚合物复合吸波材料的发展方向做出展望。
　　关键词：导电聚合物;吸波材料;研究现状
　　中图分类号：O631.3 文章标志码：A 文章编号：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
　　各种电子设备和通信技术在给人类的生活提供了极大的便利的同时，也导致了严重的电磁辐射问题[1]。在治理电磁污染问题上，近年来，低反射、高吸收的吸波材料受到越来越多的关注[2]。一般来说，吸波材料根据其微波损耗机理可分为两类：介电损耗材料和磁损耗材料。磁损耗材料如铁、钴、镍及其相关铁氧体，通常具有良好的磁损耗性，但是在强反射损耗和宽频率响应下，其高密度和较差的耐蚀性限制了其可持续发展[3]。相反，传统的介电损耗材料，如SiC、BaTiO3、碳和ZnO，由于复介电常数和复磁导率之间差距相对较大，导致阻抗不匹配和吸收带宽窄[4]。因此，开发性能优良的新型吸波材料仍具有挑战性。导电聚合物是一类电阻率处于导体与半导体之间的高分子，其结构中包含单双键重复性结构单元，利于形成共轭键而具有导电性。导电聚合物由于低密度、低成本、耐腐蚀和易制备等优点，作为电磁屏蔽材料已经得到了广泛的研究[5]。然而，单一的聚合物吸波材料由于吸波频带比较窄，因此，将导电聚合物与其他材料复合，拓宽有效吸波宽度，提高吸波效率，成为这类材料开发探索的焦点问题。近年来，对导电聚合物的复合设计得到的新型吸波材料在电磁波吸收领域取得了显著的成就，本文对已发表导电聚合物与其他材料的复合种类进行详细的总结，将有助于进一步促进导电聚合物基吸波材料的发展。
　　1 导电聚合物与无机物复合
　　1.1 与磁性金属复合
　　磁性金属纳米粒子在千兆赫兹频率范围内通常具有较大的饱和磁化强度、兼容介电损耗，能够满足高性能电磁波吸收材料的设计要求。闫智然等人[6]在FeCo磁性纳米颗粒的表面通过原位氧化聚合，合成不同系列的FeCo/PPy纳米复合材料，结果表明，磁性纳米颗粒与聚吡咯复合后可以优化阻抗匹配，增加电磁波吸收性能。
　　1.2 与铁氧体复合
　　铁氧体是一种典型的磁性介质材料，具有其成分简单，制备条件温和等优点，在吸波设计得到了广泛的应用，是导电聚合物基复合吸波材料中最常见的添加剂。张玉富[7]先通过水热法制备NixZn1-xFe2O4铁氧体，并与苯胺通过乳液聚合反应合成了NixZn1-xFe2O4/PANI，他发现，当X=0.7时，复合材料达到最优的电磁波吸收性能。
　　1.3 与过渡金属氧化物复合
　　过渡金属氧化物与导电聚合物的介电性能相似，而且由于没有磁吸引力，它们具有良好的分散性。由于导电聚合物与无机组分之间的普遍协同效应，一些具有良好介电性能和微波吸收的过渡金属氧化物可与导电聚合物复合，以获得更优异的电磁波性能。贾涵枭[8]通过改变工艺条件制备不同形貌结构的MnO2并与PANI复合得到MnO2@PANI吸波材料，结果表明，复合材料在2-18GHz的频率范围内比单一的MnO2具有更强、更宽的反射损耗。
　　2 导电聚合物与碳材料复合
　　碳材料由于其低密度、良好的耐蚀性、可設计的微观结构和可调谐的介电性能，无疑是最有前途的选择之一。碳材料和导电聚合物复合可以增强介电损耗性能，并提供额外的介电损耗机制，这对于强吸收和宽带宽非常有利。此外，它们的低密度也有助于制备轻量级电磁波吸收材料。Qiu等人[9]证实了多壁碳纳米管（MWCNTs）/PANI复合材料中相对复介电常数的实部和虚部之间存在明显的共振，从而增强了相应频率区域的电磁波吸收损耗。
　　3 多元复合体系
　　各种二元导电聚合物复合材料在吸收领域（特别是在吸收强度方面）取得了一些预期的成就，而它们的电磁响应频率仍然相对较窄。为了进一步提高性能，越来越多的研究集中在多元复合导电聚合物复合材料的结构上，进一步优化复合材料的电磁性能。多元复合导电聚合物材料一般有三种改性方法：第一种方法是在二元磁性导电聚合物复合材料中引入一种新的磁性成分，使磁损耗得到充分的增强。Yang等人[10]设计了三元BaFe12O19/Y3Fe12O12/PANI复合材料，发现硬磁铁氧体（BaFe12O19）和软磁铁氧体（Y3Fe12O12）的结合不仅产生了明显的交换耦合行为和磁损耗能力，而且带来了典型的介电共振。因此，这种三元BaFe12O19/Y3Fe12O12/PANI复合材料比二元BaFe12O19/PANI复合材料具有更好的微波吸收性能。第二种方法是，二元磁性导电聚合物复合材料中引入一种新的介电组分，可以获得轻质电磁波吸收材料。刘晨宇[11]制备了MWCNT/Fe3O4/PANI/Au复合物，四种组分各自发挥作用又耦合在一起，增强了材料的最终吸波效果。 　　4 结论和展望
　　本文综述了导电聚合物复合吸波材料的最新进展。导电聚合物与各种有机/无机材料复合得到的吸波材料得到广泛研究，复合通常会产生明显的协同效应和互补行为，对电磁波吸收性能的提升具有重要意义。为了进一步提高入射电磁波的衰减，可以通过进一步加入磁性组分或介电组分来优化导电聚合物复合材料的电磁性能。因此，设计多元复合材料正成为制备高性能电磁波吸收材料的焦点，为拓宽电磁波响应带宽做出了巨大贡献。
　　虽然这些导电聚合物基复合材料已经取得了重大进展，但与实际工业应用的差距仍然存在，目前的复合材料不能满足对电磁波吸收材料的特殊要求。首先，有效吸收时的频率范围仍小于预期带宽;第二，低密度和负载量在实际应用中非常重要，在保证功能的前提下，超轻添加剂的使用对于各种导电聚合物复合材料是非常有意义的。总之，尽管导电聚合物复合材料的相关研究处于初始阶段，但其在电磁波吸收材料领域具有巨大潜力和广阔的应用前景。
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　　[11]劉晨宇.MWCNT/Fe3O4/PANI/Au异质结构复合物的制备及吸
　　波性能研究[D].哈尔滨工业大学，2013.
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