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  在 5G 及 6G 通信技術(shù)高速發(fā)展的背景下，電磁污染問題日益凸顯，對(duì)高性能電磁干擾（EMI）屏蔽材料的需求愈發(fā)迫切。理想的屏蔽材料需兼具輕質(zhì)、柔性、高導(dǎo)電性、卓越機(jī)械性能以及可靠的環(huán)境穩(wěn)定性。芳綸（聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺）纖維增強(qiáng)復(fù)合材料憑借其出色的比強(qiáng)度和耐熱性，已廣泛應(yīng)用于航空航天電子領(lǐng)域，并展現(xiàn)出實(shí)現(xiàn)高效 EMI 屏蔽的需求。然而，芳綸纖維固有的化學(xué)惰性導(dǎo)致其在 EMI 屏蔽涂層與纖維基體間難以形成牢固的界面結(jié)合力，嚴(yán)重制約了其實(shí)際應(yīng)用。傳統(tǒng)的化學(xué)蝕刻方法雖可在高分子纖維表面引入活性位點(diǎn)以促進(jìn)金屬顆粒附著，但往往不可逆地?fù)p害纖維的固有機(jī)械強(qiáng)度。為突破這一瓶頸，本研究引入了一種非破壞性的π-π 共軛表面修飾策略。該技術(shù)在不損傷纖維本體結(jié)構(gòu)的前提下，于惰性纖維表面高效構(gòu)筑活性位點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了均勻、可控的金屬涂層沉積。

  本工作制備了一種基于π-π共軛界面工程的銅/鎳雙金屬化芳綸纖維復(fù)合材料（PVB-Cu/Ni@AF），并用于極端環(huán)境電磁屏蔽領(lǐng)域。該材料通過單寧酸（TA）在芳綸纖維表面構(gòu)建非破壞性π-π錨定層，實(shí)現(xiàn)鈀催化位點(diǎn)的高效負(fù)載，進(jìn)而誘導(dǎo)均勻化學(xué)鍍沉積銅/鎳雙金屬涂層。特別地，π-π修飾在保留纖維固有機(jī)械強(qiáng)度（1.47 GPa）的同時(shí)，解決了傳統(tǒng)酸蝕法導(dǎo)致的力學(xué)性能劣化問題。PVB封裝層通過界面氫鍵強(qiáng)化復(fù)合材料的環(huán)境穩(wěn)定性，使其在強(qiáng)酸（pH 2）、強(qiáng)堿（pH 14）、水浸（15天）及高溫（50℃）條件下仍維持>78 dB的電磁屏蔽效能。雙金屬異質(zhì)界面協(xié)同效應(yīng)使材料在X波段（8.2–12.4 GHz）實(shí)現(xiàn)91.9 dB的超高屏蔽效能，并通過CST微波仿真驗(yàn)證其在1.09 m×0.66 m雷達(dá)罩模型中達(dá)到80.68 dB的工程適用性（遠(yuǎn)超軍用60 dB標(biāo)準(zhǔn)）。因此，該復(fù)合材料在航空航天雷達(dá)罩、艦載電子防護(hù)系統(tǒng)及通信基站等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

圖1 PVB-Cu/Ni@AF制備工藝示意圖.

圖2 不同纖維的SEM圖像及相應(yīng)的元素分布。(a)AF，(b) Ni@AF，(c) Cu@AF ，(d) PVB-Ni / Cu@AF， (e) PVB-Cu / Ni@AF.

圖3 AF、TA-AF、PVB-Ni/Cu@AF和PVB-Cu/Ni@AF的(a)FTIR光譜和(b)拉曼光譜，(c)AF、PVB-Ni/Cu@AF和PVB-Cu/Ni@AF的XRD譜圖，(d) AF的C 1s XPS精細(xì)譜，(e) TA-AF的C 1s XPS精細(xì)譜，PVB-Ni/Cu@AF的(f)Ni 2p和(g)Cu 2p XPS精細(xì)譜，PVB-Cu/Ni@AF的(h) Ni 2p, (i)Cu 2p XPS精細(xì)譜。

圖4 (a) AF、Ni@AF、Cu@AF、Cu/Ni@AF和Ni/Cu@AF的應(yīng)力應(yīng)變曲線。(b) AF、Ni@AF、Cu@AF、Cu/Ni@AF和Ni/Cu@AF的抗拉強(qiáng)度

圖5 (a) EMI SE, (b)平均SER， SEA和SET， (c) Ni@AF, Cu@AF, Cu/Ni@AF, Ni/Cu@AF， PVB-Cu/Ni@AF和PVB-Ni/Cu@AF織物的電導(dǎo)率，(d)堿性，(e)酸，(f)氧化和(g)浸泡處理的典型樣品的EMI SE，(h)典型樣品的平均SET.

圖6 PVB-Cu/Ni@AF織物電磁屏蔽機(jī)理示意圖

圖7 (a)天線罩三維模型，(b)電磁屏蔽效能，(c) 10 GHz時(shí)天線罩電場分布，(d) 10 GHz時(shí)天線罩截面電場分布.

  相關(guān)研究成果以“Enhanced electroless metallization of aramid fibers via non-destructive π–π surface engineering for EMI shielding”為題發(fā)表在Composites Science and Technology（2025, 10.1016/j.compscitech.2025.111236）期刊上。西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生張?zhí)煲?/span>為第一作者，西北工業(yè)大學(xué)劉旭慶教授、葉謙副教授和西安科技大學(xué)曹樂副教授為共同通訊作者。此研究工作得到國家自然科學(xué)基金、陜西省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的資助支持。

  論文鏈接 https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2025.111236