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  隨著無線通信技術(shù)和電子設(shè)備的飛速發(fā)展，尤其對于高端通信設(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，迫切需要能夠同時滿足對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)同時滿足通信過程中電磁波的屏蔽和透波，且能夠?qū)ζ帘涡阅苓M行可控調(diào)節(jié)，仍然是一項巨大挑戰(zhàn)。

  為了解決上述問題，河北工業(yè)大學(xué)殷福星教授團隊的袁野教授和苑文靜副研究員等提出了電磁屏蔽開關(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關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)，初步驗證一種材料可以同時實現(xiàn)電磁波屏蔽和透波功能。該電磁屏蔽開關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)由MXene /三聚氰胺海綿和3D打印透波樹脂基底組成，初步研究表明，電磁屏蔽開關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)通過簡單的機械位移可以在S波段實現(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實現(xiàn)電磁波透波和屏蔽兩種功能。

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

  該電磁屏蔽開關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)（3DMMS）的典型工作原理如圖2所示。每個開關(guān)是由兩個單元組成。每個單元由多個導(dǎo)電的MXene/三聚氰胺海綿（MMS）和透波絕緣的樹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打印的樹脂則提供了透波路徑。在調(diào)控電磁波屏蔽或者透波的過程中，只需通過更改一個開關(guān)單元的位移（水平方向或垂直方向）并同時固定另一個單元即可滿足。 

圖2 電磁屏蔽開關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)對電磁波屏蔽和透過調(diào)控的效果。

  圖3給出了電磁屏蔽開關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)的電磁屏蔽測試結(jié)果與電磁仿真結(jié)果對比。電磁屏蔽開關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)控制過程中，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。而在建模過程中為簡化模型則忽略了MMS中的微觀結(jié)構(gòu)變化。因此，仿真結(jié)果與實際測試電磁屏蔽效能數(shù)據(jù)顯示出一些差異。

圖3 電磁屏蔽開關(guān)復(fù)合結(jié)構(gòu)的電磁仿真結(jié)果與實際測試結(jié)果對比

  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。該項目受到國家自然科學(xué)基金、JCJQ項目和裝備預(yù)研重點實驗室基金等項目資助。

  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