随着电子设备的广泛应用和网络技术的快速发展，电磁波可能会对精密电子设备造成干扰，对国家的经济造成巨大损失，威胁人民的生命财产安全。电磁屏蔽材料是电磁屏蔽的物质基础，关于电磁屏蔽材料的研究与应用得到了世界各国的重视。其中电磁屏蔽橡胶兼具电磁密封和环境密封能力，屏蔽效能高，环境适应性强，密度小，成本低，广泛应用于航空航天、船舶舰艇、手机、医疗器械等方面。电磁屏蔽橡胶通常由电磁屏蔽填料、橡胶基体、添加剂、硫化剂等组成。电磁屏蔽填料的形状、添加量和导电导磁性能决定了电磁屏蔽橡胶的屏蔽性能。渗流理论表明，必须添加大量的导电填料才能产生所需的导电网络并实现高导电性。因此，在低填料份数下获得高电导率仍然是一个重要的研究领域。

基于上述背景，北京化工大学材料科学与工程学院王文才教授课题组通过聚多巴胺辅助化学镀银制备了镀银碳纤维，通过机械混合制备了低填料含量的高导电复合橡胶，并研究了还原剂种类对化学镀的影响，制备了不同银含量的镀银碳纤维，还探究了热处理对电导率的影响。图1表明酒石酸钾钠四水合物作为还原剂进行化学镀银表面银层银颗粒更小，更加致密。且电导率也有所升高（图2）。

图1 使用不同还原剂的 Ag/pCF 在盐雾腐蚀模拟测试前（a-c）和测试后（d-f）的扫描电镜图像。

图2 (a) Ag/pCF XRD 峰 FWHM 随不同还原剂的变化；在盐雾侵蚀测试（b）和测试后（c），Ag/pCF 在不同还原剂作用下的电导率。

为了进一步提高Ag/pCF的电导率，对Ag/pCF进行了热处理。如图3(a)所示，经过热处理后银层的晶体衍射峰的FWHM均有所下降，因为热处理过程是Ag/pCF表面银层熔融再结晶的过程，再结晶过程中银颗粒晶体更加完好，晶格缺陷（例如出现空位、位错、间隙原子等）更少，电子在自由移动过程中受到的阻力更小，有利于自由电子的移动。如图3(b)所示，可以看到热处理以后Ag/pCF的电导率有所提高，在200 ℃下维持90 min 的Ag/pCF的电导率达到最大值，最大值为7885 S/cm，比未处理的Ag/pCF（6274 S/cm）提高25.67%。但是过量的热处理会导致银层出现孔洞（图4），不利于纤维表面银层的完整性。

图3  (a) 热处理后 Ag/pCF XRD 峰 FWHM 的变化；以（111）峰为例；(b) 热处理后 Ag/pCF 的电导率。

图4 Ag/pCF 经过 (a) 200 ℃×30 min、(b) 200 ℃×60 min、(c) 200 ℃×90 min、(d) 300 ℃×30 min、(e) 300 ℃×60 min、(f) 300 ℃×90 min、(g) 400 ℃×30 min、(h) 400 ℃×60 min、(I) 400 ℃×90 min 热处理后的扫描电镜图像。

      为了进一步探索复合橡胶的EMI屏蔽机理，制备了不同填料份数的复合橡胶。随着Ag/pCF填充份数增加，复合材料中Ag/pCF开始相互接触并形成导电通路，电导率以及EMI SE随之增加, 其中，填料份数仅仅为 45 phr 的复合橡胶在 X 波段的EMI SE 就已经超过了 100 dB（图5c）。

图5  (a) 复合橡胶的电磁干扰屏蔽机制示意图；(b) 不同填充物份数下复合橡胶的导电率；(c) 复合橡胶的电磁屏蔽效果；(d) 复合橡胶的功率系数。

      该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science上。陈阳硕士研究生是该论文的第一作者，王文才教授为通讯作者。

原文信息：

Chen, Y.; Shao, X. M.; He, L.; Xu, Y. N.; Yao, Q. Y.; Feng, D.; Wang, W. C.

Chinese J. Polym. Sci.2024,42, 864–873.

DOI: 10.1007/s10118-024-3108-6