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  隨著無(wú)線通信技術(shù)和電子設(shè)備的飛速發(fā)展，尤其對(duì)于高端通信設(shè)備、飛行器和水面艦艇等裝備，為響應(yīng)和適應(yīng)快速變化的復(fù)雜電磁環(huán)境，迫切需要能夠同時(shí)滿(mǎn)足對(duì)電磁波透波和屏蔽的多功能復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)。盡管目前已經(jīng)報(bào)道了很多具有優(yōu)異性能的電磁屏蔽復(fù)合材料，但是制造一種屏蔽材料或結(jié)構(gòu)同時(shí)滿(mǎn)足通信過(guò)程中電磁波的屏蔽和透波，且能夠?qū)ζ帘涡阅苓M(jìn)行可控調(diào)節(jié)，仍然是一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。

  為了解決上述問(wèn)題，河北工業(yè)大學(xué)殷福星教授團(tuán)隊(duì)的袁野教授和苑文靜副研究員等提出了電磁屏蔽開(kāi)關(guān)的概念（Electromagnetic Interferences Shielding Switch），并初步制備了一種性能可控的電磁屏蔽開(kāi)關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)，初步驗(yàn)證一種材料可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)電磁波屏蔽和透波功能。該電磁屏蔽開(kāi)關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)由MXene /三聚氰胺海綿和3D打印透波樹(shù)脂基底組成，初步研究表明，電磁屏蔽開(kāi)關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械位移可以在S波段實(shí)現(xiàn)以吸收損耗為主電磁屏蔽效果，電磁屏蔽效能可以自由的從?0 dB調(diào)節(jié)到?43.1 dB，從而在一種材料中同時(shí)實(shí)現(xiàn)電磁波透波和屏蔽兩種功能。

圖1 電磁屏蔽開(kāi)關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備過(guò)程示意圖。

  該電磁屏蔽開(kāi)關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)（3DMMS）的典型工作原理如圖2所示。每個(gè)開(kāi)關(guān)是由兩個(gè)單元組成。每個(gè)單元由多個(gè)導(dǎo)電的MXene/三聚氰胺海綿（MMS）和透波絕緣的樹(shù)脂基底兩種基本單元組成。優(yōu)異的電學(xué)性能使得復(fù)合海綿對(duì)電磁波具有優(yōu)異的屏蔽吸收作用，因此MMS形成以吸收為主的電磁屏蔽路徑，而3D打印的樹(shù)脂則提供了透波路徑。在調(diào)控電磁波屏蔽或者透波的過(guò)程中，只需通過(guò)更改一個(gè)開(kāi)關(guān)單元的位移（水平方向或垂直方向）并同時(shí)固定另一個(gè)單元即可滿(mǎn)足。 

圖2 電磁屏蔽開(kāi)關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波屏蔽和透過(guò)調(diào)控的效果。

  圖3給出了電磁屏蔽開(kāi)關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)的電磁屏蔽測(cè)試結(jié)果與電磁仿真結(jié)果對(duì)比。電磁屏蔽開(kāi)關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)控制過(guò)程中，除了宏觀物理尺寸的變化外，MMS中導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的微觀結(jié)構(gòu)也隨著變形而發(fā)生了變化。而在建模過(guò)程中為簡(jiǎn)化模型則忽略了MMS中的微觀結(jié)構(gòu)變化。因此，仿真結(jié)果與實(shí)際測(cè)試電磁屏蔽效能數(shù)據(jù)顯示出一些差異。

圖3 電磁屏蔽開(kāi)關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)的電磁仿真結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果對(duì)比

  相關(guān)研究成果“Conductive MXene/melamine sponge combined with 3D printing resin base prepared as an electromagnetic interferences shielding switch”近期發(fā)表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing上。該項(xiàng)目受到國(guó)家自然科學(xué)基金、JCJQ項(xiàng)目和裝備預(yù)研重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金等項(xiàng)目資助。

  文章鏈接：Yuan, W.; Liu, H.*; Wang, X.; Huang, L.*; Yin, F.; Yuan, Y.*, Conductive MXene/melamine sponge combined with 3D printing resin base prepared as an electromagnetic interferences shielding switch. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2021, 143, 106238.

  https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2020.106238