石墨烯纳米复合材料的电磁屏蔽效率计算与实验验证

本章基于石墨烯纳米复合材料的一些基本性质，分别研究了低频范围及高频范围下石墨烯-聚合物纳米复合材料的电磁屏蔽效率。该理论阐述了石墨烯纳米复合材料微观结构对于低频和高频下电磁屏蔽效率的影响，可以用于指导高效电磁屏蔽效率的石墨烯纳米复合材料的设计。本章分为两个部分，第一部分确定了石墨烯复合材料泡沫的三个电磁性质，第二部分基于第一部分中给出的电磁性质评估了复合材料泡沫的电磁屏蔽性质。

首先，建立了关于有效导电性、介电性、磁导率和复导电性的连续模型，这包含了三个关键步骤：(1)建立一个多尺度几何构型，将泡沫分解成骨架和孔洞，并且将骨架考虑成石墨烯和聚合物基质组成的复合材料；(2)提供了一个理想界面下的多尺度有效介质理论，来计算骨架和泡沫的电磁性质；(3)建立了界面模型，表示非理想界面，电子隧道效应和纳米电容器形成的影响。对于高频交流载荷，还需要额外考虑频率相关的电子跃迁和Debye介电松弛。在这三个电磁性质被确定后，考虑一个平面电磁波并且计算它穿越石墨烯纳米复合材料的反射损失，吸收损失，多重反射损失以及总体电磁屏蔽效率。(www.xing528.com)

对于低频情形，在三种电磁性质中导电性对电磁屏蔽效率有着最显著的影响。计算得到的石墨烯复合材料的电磁屏蔽效率与实验结果相一致。为了更多的测试理论，我们还计算了实心rGO/Epoxy以及实心CNT/Epoxy的电磁屏蔽效率，并且均和实验结果一致。对于高频情形，分析指出电磁屏蔽效率随导电性和磁导率的增加而显著上升，随介电性的增加而少量下降。计算结果与rGO/PS纳米复合材料的实验数据在X波段内(8.2～12.4GHz)符合良好，在三种石墨烯含量下均能很好的解释实验现象。本理论可以为石墨烯纳米复合材料的电磁屏蔽设计提出指导。