Значительное повышение эффективности экранирования электромагнитных помех и механических свойств композитов на основе СВМПЭ за счёт формирования ориентированных проводящих сетей из углеродных наноструктур (CNS)

Для решения практических проблем применения проводящих полимерных композитов (CPC), используемых в портативном электронном оборудовании, таких как низкая теплопроводность (TC) и низкая эффективность экранирования электромагнитных помех (EMI) (EMI SE), необходимо повысить теплопроводность, электропроводность (σ) и эффективность EMI-экранирования CPC. В данной работе представлен проводящий композит на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ; UHMWPE) и углеродных наноструктур (CNS) с уникальной сегрегированной структурой. Эта структура формируется посредством простой высокоскоростной механической смешения и компрессионного формования. Микроскопические исследования показали, что как матрица, так и сегрегированная проводящая сеть ориентируются in situ вдоль направления сжатия гранул СВМПЭ под воздействием статического горячего прессования. CNS уплотняются на границах раздела между гранулами СВМПЭ, формируя ориентированные и взаимосвязанные проводящие пути при низком содержании CNS. Полученные композиты UHMWPE/CNS с содержанием CNS 10 мас.% продемонстрировали excelentes экранирующие характеристики: эффективность EMI-экранирования 60,7 дБ (в X-диапазоне), высокую электропроводность 2,42 С/см и приемлемую теплопроводность 0,7217 Вт/(м·К). Высокая эффективность EMI-экранирования и преобладающий механизм поглощения обусловлены уникальной сегрегированной структурой; отдельные гранулы СВМПЭ, покрытые CNS, подобны электромагнитной клетке. Кроме того, предел прочности композита при растяжении сохраняется на высоком уровне и составляет 37,6 МПа даже при содержании CNS 10,0 мас.%, а также наблюдается эффективная термическая стабильность. Эти свойства обусловлены прочным межфазным взаимодействием между CNS и СВМПЭ. Данные материалы имеют потенциал для применения в эффективном управлении тепловыми потоками и экранировании электромагнитных помех в высокопроизводительных интеллектуальных электронных устройствах.