导电-磁功能化协同多层结构设计增强玄武岩纤维电磁屏蔽效能研究

导电-磁功能化协同多层结构设计增强

玄武岩纤维电磁屏蔽效能研究

漆 吉¹，魏 燕²，王 伟¹，邓远方²，温 欣²，赖 川³，谢 斌^1※

（1.四川轻化工大学 材料科学与工程学院，四川 自贡 643000；

2.达州市质量技术监督检验测试中心，四川 达州 635000；

3.四川文理学院 化学化工学院，四川 达州 635000）

摘 要：随着5G/6G通信技术快速落地，电子设备集成度持续提升，兼具轻量化、低二次电磁污染特性与环境友好性的电磁屏蔽材料成为行业迫切需求，但现有材料难以同步实现阻抗匹配优化、高效吸波与力学性能强化三者的协同.针对该问题，以可降解聚乳酸(PLA)为基体，通过表面功能化策略分别制备导电玄武岩纤维 BF@CNT 与磁性玄武岩纤维BF@Fe₃O₄，并依托梯度结构设计构建力学-电磁一体化玄武岩纤维复合屏蔽材料，系统探究结构对称性对电磁损耗机制的协同调控规律.结果表明，采用 9% BF@CNT/PLA、20% BF@Fe₃O₄/PLA、27% BF@CNT/PLA、20% BF@Fe3O4₃O₄/PLA 与9% BF@CNT/PLA交替热压形成的不对称三明治结构复合材料C₉M₂₀C₂₇M₂₀C₄₅，以低导电层作为电磁波入射面时可精准调控阻抗匹配，在K波段(18～26.5 GHz)实现了以吸收为主导的电磁屏蔽机制，平均总屏蔽效能(EMI SE_T)达20.5 dB，电磁波反射系数显著降低，兼具优异吸波性能与低反射特性；结合有限元模拟与实验表征结果，明确了该复合材料的电磁屏蔽机理，验证了梯度结构设计策略的可行性；同时，玄武岩纤维的引入大幅提升了复合材料力学性能，其中BF@Fe₃O₄/PLA-5%试样的断裂伸长率与拉伸强度分别达到6.6%与62.9 MPa，较纯 PLA分别提高了113%与138%.研究结果为新一代环境友好型高性能电磁防护材料的开发提供了理论支撑与可行技术路径，可适配5G/6G高频通信设备的应用需求.

关键词：电磁屏蔽；多层结构；复合材料；碳纳米管；Fe₃O₄；有限元模拟