柔性聚乙烯醇/玄武岩纤维-镍微丝-生物炭混杂复合材料的电磁干扰屏蔽性能研究

摘要整理

本研究系统调查了硅烷处理玄武岩微纤维、硅烷处理镍微丝和硅烷处理榛壳生物炭增强的柔性聚乙烯醇（PVA）混杂复合材料的力学、介电、磁性和电磁干扰（EMI）屏蔽性能。结果表明，混杂增强体的引入显著提升了复合材料的多功能性能。在所研究的试样中，PMB2表现出最优的综合力学性能，拉伸强度达136 MPa，弯曲强度142 MPa，冲击能3.8 J，硬度81 Shore-D。这些改进源于纤维、微丝与3 vol%生物炭之间的协同作用，促进了最优分散、强界面粘结和高效应力传递。相比之下，PMB3展现出优异的功能性能，介电常数最高达4.56，介电损耗0.68，在全频段内磁导率最高，EMI屏蔽效能分别为E波段9.26 dB、F波段14.99 dB、I波段21.17 dB和J波段31.31 dB。PMB3的增强电磁响应源于5 vol%生物炭提供的可极化和导电通路，与镍微丝的铁磁性能形成互补。扫描电镜分析进一步证实了这些发现，PMB2显示界面结合和填料嵌入的明显改善，而PMB3呈现局部生物炭团聚现象，促进了电磁损耗机制。因此，PMB3适用于需要高介电、高磁性或高EMI屏蔽性能的功能应用，如柔性电子器件、电磁防护装置、传感器和可穿戴电子产品。总体而言，本研究证明了通过控制增强体结构可调控PVA混杂复合材料的性能，从而根据具体应用需求实现力学或功能性能的定制化设计。

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