随着5G和电子产品的高速发展，电磁辐射污染带来严重危害，开发电磁屏蔽材料已经成为研究的热点和重要课题。基于聚合物基的电磁屏蔽材料具有重量轻、易加工、成本低和灵活性好等优点。因此，在保留其轻质和低成本特性的情况下增强聚合物材料的电磁屏蔽性能具有重要意义。

      基于上述背景，华南理工大学瞿金平院士/黄照夏副教授课题组开发一种将循环脉动压力与传统隔离结构相结合的新型加工技术，制备了超高分子量聚乙烯/石墨烯复合材料，微观结构证明了隔离结构的形成。

图1 隔离结构复合材料的制备方法和光学显微镜图像。

      在相同的石墨烯负载量下，CPP制备样品的σ高于CPM制备的样品。此外，CPP制备样品表现出比CPM样品更高的电磁屏蔽性能，CPP-5样品的电磁屏蔽性能最高，在频率为8 GHz时为31.1 dB。

图2 CPM和CPP样品的导电及电磁屏蔽性能。

       从SEM图像中可以观察到，CPP有着更好的界面结合；且测量拉伸的蜂窝状UHMWPE相的尺寸，CPP样品的长宽比明显高于CPM样品，较高长宽比形成更多的平行反射体，进一步增强共振。与传统技术相比，新型CPP-SS方法可以通过结合改进的多次反射σ和针对电磁共振的定制结构的效果来增强复合材料的电磁屏蔽性能。

图3 复合材料UHMWPE相的平均尺寸和SEM图像及示意图。

      将CPP-SS加工的UHMWPE/石墨烯复合材料与最近报道的几种先进电磁屏蔽聚合物材料进行比较，SSE/d值显著提高。在所有进行比较的样品中，CPP样品在最低填料用量下显示出最高的SSE/d值，证明了CPP-SS处理对电磁屏蔽效能的显著提升。

图4 CPP样品与文献报道的复合材料对比。

      通过比较在CPP和CPM下热压制备的UHMWPE/石墨烯复合材料的拉伸应变-应力曲线，CPP样品的拉伸强度和断裂伸长率较高。CPP-1的拉伸强度和断裂伸长率分别为41.9 MPa和464.3%。

图5 CPM和CPP制造的UHMWPE/石墨烯复合材料力学性能。

       本工作报告了一种CPP-SS的新技术，它可以制造高性能、轻质的UHMWPE/石墨烯复合材料作为先进的电磁屏蔽材料。该工作可以对加工技术调控隔离结构聚合物复合材料的结构和性能提供新思路。

      该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science的"Functional Polymer Materials"专辑。

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原文信息：

Cyclic Pulsating Pressure Enhanced Segregating Structuration of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene/Graphene Composites as High-performance Light-Weight EMI Shields

Huang, Y. Z.; Liu, X. X.; Li, L. W.; Huang, G. M.; Huang, Z. X.; Qu, J. P.

Chinese J. Polym. Sci. 

DOI: 10.1007/s10118-024-3122-8