电子信息技术的快速发展极大地便利了人们的生活,但同时也导致了环境中杂散电磁波(EMWs)的增多,从而产生了电磁干扰(EMI)辐射污染[[1], [2], [3], [4], [5]]。这种污染不仅威胁着各种电子信息设备的稳定运行,长期暴露于此类污染中还可能对人体健康构成风险[[6], [7], [8], [9]]。因此,人们采用了EMI屏蔽材料来阻挡EMI辐射[[10], [11], [12]]。
在各种屏蔽材料中,导电聚合物复合材料(CPCs)因其低密度、低成本、优异的耐腐蚀性、良好的机械性能以及易于加工的优点而被广泛使用。CPCs还表现出可调且高效的电磁屏蔽性能[[13], [14], [15]]。通过设计不同的结构,如多层结构[[16], [17], [18]]、发泡结构[[19], [20], [21]]和隔离结构[[22], [23], [24]],可以利用聚合物基体的易加工性来提升电磁屏蔽性能。这些结构增加了电磁波的传播路径,从而实现能量衰减[[25], [26], [27]]。然而,现有的研究主要集中在CPCs内部的结构设计上,而关于通过表面结构设计来增强CPCs电磁屏蔽性能的研究相对较少[[28], [29], [30]]。利用3D打印技术可以方便高效地定制CPCs的表面结构[[31], [32], [33]]。此外,当材料结构包含亚波长尺度的空隙时,可能会产生共振效应,进一步提高CPCs的电磁屏蔽效率[[34], [35], [36]]。例如,江等人[[37]]使用3D打印的ABS模具在多壁碳纳米管(MWCNT)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料上制备了一种具有次级锯齿形(ZZ)结构的凹凸(SC)微阵列,该SC-ZZ-MWCNT/PDMS复合材料在4.0–12.4 GHz频率范围内表现出比平面样品更优越的电磁屏蔽性能。
目前,光固化3D打印技术凭借其出色的打印精度,已成为构建规则晶格结构的理想选择[[38], [39], [40], [41], [42], [43]]。其中,新兴的液晶显示光固化3D打印技术不仅具有低成本、高精度和快速打印等优点,还无需昂贵的导光装置,为多种应用提供了巨大潜力[[44], [45], [46], [47]]。然而,光敏树脂通常是绝缘的,而电导率是影响材料电磁屏蔽性能的关键参数之一[[48], [49], [50], [51]]。当电磁波传播到高导电材料表面时,导电表面会对电磁波产生强烈反射,材料内部的导电损耗会进一步减弱电磁波[[52], [53], [54]]。因此,提高复合材料的表面电导率可以提升其电磁屏蔽效果[[15]]。一种有效的提高电导率的方法是化学镀银(Ag)工艺,该工艺在材料表面形成一层银层作为导电路径[[55], [56], [57], [58]]。由于银具有优异的电导率,即使是很薄的银层也能使复合材料表现出极高的电导率[[59], [60], [61]]。
在本研究中,将表面晶格结构引入CPCs中以创建额外的界面,并构建了表面共振腔结构以产生共振效应。采用光固化3D打印机和化学镀银方法制备了具有表面晶格和共振腔结构的样品。通过电磁仿真和实验研究,探讨了晶格边长、晶格密度和晶格高度等尺寸参数以及不同共振腔对样品电磁屏蔽性能的影响。结果表明,与平面样品相比,表面晶格和共振腔结构显著提升了复合材料的电磁屏蔽性能。这项研究进一步优化了CPCs的表面结构设计,为开发新型表面结构电磁波屏蔽材料提供了宝贵的见解。