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随着无线电子技术的高速发展和电子设备在生活中的广泛使用,电磁波的辐射污染早已不可忽视,高性能的电磁波屏蔽材料应运而生,高分子导电复合材料(Conductive polymer composites,CPCs)因其具有成本低、密度小、易加工和可塑性高等诸多加工优势在电磁屏蔽领域具有巨大的潜在应用价值。CPCs通常由一种或多种导电填料,以各种方式分散在高分子基体之中形成共混物制备而成,而且作为优秀的电磁屏蔽CPCs,不仅要求在复合材料内部拥有一定含量的导电填料,来提高电磁波在高导电性填料上的极化损耗;还需要在内部构造一定的导电性界面,来增加电磁波在多个导电性界面之间的多次反射与散射损耗。为了获得高性能的导电高分子电磁屏蔽复合材料,本文从CPCs内部构造多导电性界面增强复合材料的电磁屏蔽性能出发,构筑了多种综合性能表现优异的电磁屏蔽CPCs。(1)通过简单的化学沉积方法,在经表面特殊处理的聚乳酸(PLA)微粒表面镀银,得到的聚乳酸载银颗粒直接通过熔融热压成型得到聚乳酸/银纳米片(PLA/Ag)电磁屏蔽复合材料。均匀分散的大尺度银纳米片的横向尺寸与PLA微粒的粒径直接相关,厚度在纳米级,横向尺寸在微米级,二维大尺度银纳米片的厚度和致密程度与PLA微粒表面处理时间和银离子浓度有关,致密且完整的大尺度高导电性银纳米片赋予了较低银含量下的PLA/Ag复合材料极好的导电性和电磁屏蔽性能,只需0.99 vol%的金属银,表现出最高的导电性(3021 S/m)和最优秀的电磁屏蔽效果(60.4 dB)。根据其吸收反射值分析可以知道,其电磁屏蔽增强机理是大尺度银纳米片在PLA基体内部中构建了极为高效的导电网络结构和多导电性界面,不仅使PLA/Ag复合材料具有较高的导电性,而且也为电磁波在穿过复合材料内部时提供了大量的高导电性界面,增加了其在传输过程中的多次反射与散射损耗,使得PLA/Ag复合材料的电磁屏蔽性能得到大幅增强的同时显著降低了金属银作为导电填料的含量。总的来说,该方法手段极为简单,可以通过调整银离子浓度、表面处理时间和PLA微粒粒径等工艺参数来设计PLA基体中不同界面尺寸的银纳米片,来调控复合材料内部的导电网络结构和导电性界面,从而获得高导电性和高效电磁屏蔽性能的PLA/Ag电磁屏蔽复合材料。(2)PLA/Ag电磁屏蔽复合材料证实了在CPCs内部构造高导电性界面网络,可以实现在较低填料含量下增强CPCs电磁屏蔽性能,为了获得综合性能表现更好的电磁屏蔽复合材料,在聚甲醛(POM)和PLA两种相容性极好的高分子中,以多壁碳纳米管(MWCNT)为导电填料,引入左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)形成的立构复合晶体(SCs),利用晶体体积排斥效应构建新型导电网络结构。得益于形成的新导电通路构建的高导电性界面,PLLA/PDLA/POM/MWCNT复合材料的电磁屏蔽性能有了十分明显的提升,只需0.9 wt%MWCNT,PLLA/2.5PDLA/POM/MWCNT复合材料的电磁屏蔽值达到20.1 dB,足以屏蔽掉99.1%的电磁波,达到了高分子导电复合材料应用于电磁屏蔽工业领域的一般要求。另外,形成细小的SCs晶体使得PLLA/PDLA/POM/MWCNT复合材料的机械性能得到一定程度的增强,尤其是拉伸韧性。总而言之,通过晶体体积排斥效应构建新型导电网络结构与其构筑的导电性界面,提高了复合材料的导电性,增强了电磁屏蔽性能和机械性能,得到了综合性能良好的PLLA/PDLA/POM/MWCNT复合材料。(3)充分利用体积排斥效应构造导电性界面,基于柔性CPCs构建高效导电网络结构的柔性电磁屏蔽复合材料。高长径比的CTF作为第三组分加入柔性基体聚二甲基硅氧烷(PDMS)/MWCNT复合材料之中,不仅显著提高了复合材料的导电性,还有效增强了复合材料的电磁屏蔽性能。加入15 vol%CTF后,PDMS/MWCNT/CTF复合材料在3.0 vol%MWCNT含量下的电磁屏蔽值达到了～41 dB,提高了近一倍,主要增强原因是绝缘的高长径比CTF高度限制了MWCNT在PDMS基体内部的分布状态,并且制造了大量的导电性界面增加了电磁波在穿过PDMS/MWCNT/CTF复合材料内部的多次反射与散射损耗,大幅增强了电磁屏蔽性能。而且由于CTF本身的柔性以及与PDMS之间极好的界面相容能力,复合材料的强度得到大幅提高,而且该复合材料经历6000次的弯曲变形,其导电性和电磁屏蔽性能没有太大变化。简而言之,PDMS/MWCNT/CTF复合材料是一种综合性能极为优异的柔性电磁屏蔽复合材料,具有极大的应用潜在价值。(4)前面的结果充分证明了导电性界面对CPCs的电磁屏蔽性能具有极好的增强作用,基于泡孔结构提供的导电性界面依然可以为制备轻量化的高性能电磁屏蔽复合材料提供了可能。基于导电性极为优异的实心PLLA/POM/MWCNT(SPMLNT)复合材料,利用PLLA和POM极好的相容性和明显的溶剂性差异,通过选择性刻蚀PLLA链、溶剂置换和冷冻干燥等方法制备了具有纳米泡孔结构的POM/MWCNT(P-PMNT)复合材料。虽然复合材料的导电性有所降低,但是整体的密度降低,电磁屏蔽性能也有所增强,如S-PMLNT10复合材料的电磁屏蔽值为48.1 dB,而P-PMNT10复合材料的电磁屏蔽值达到了58.5 dB,足足提高了10.4dB,这是由于刻蚀PLLA链后留下的纳米孔洞结构制造了大量的导电性界面,很大程度不仅增加了电磁波在纳米导电性界面上的界面极化损耗,而且增加了电磁波在P-PMNT复合材料内部的多次反射与散射损耗。而且P-PMNT复合材料表现出极为优异的压缩性能和拉伸性能。总的来说,在完全相容高分子中选择性刻蚀PLLA链可以制造纳米泡孔结构,获得轻量化的高性能P-PMNT电磁屏蔽复合材料。