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  隨著無線通信技術和電子設備的飛速發展，尤其對于高端通信設備、飛行器和水面艦艇等裝備，為響應和適應快速變化的復雜電磁環境，迫切需要能夠同時滿足對電磁波透波和屏蔽的多功能復合材料和結構。盡管目前已經報道了很多具有優異性能的電磁屏蔽復合材料，但是制造一種屏蔽材料或結構同時滿足通信過程中電磁波的屏蔽和透波，且能夠對屏蔽性能進行可控調節，仍然是一項巨大挑戰。

  為了解決上述問題，河北工業大學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復合結構，初步驗證一種材料可以同時實現電磁波屏蔽和透波功能。該電磁屏蔽開關復合結構由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，電磁屏蔽開關復合結構通過簡單的機械位移可以在S波段實現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調節到?43.1 dB，從而在一種材料中同時實現電磁波透波和屏蔽兩種功能。

圖1 電磁屏蔽開關復合結構的制備過程示意圖。

  該電磁屏蔽開關復合結構（3DMMS）的典型工作原理如圖2所示。每個開關是由兩個單元組成。每個單元由多個導電的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。優異的電學性能使得復合海綿對電磁波具有優異的屏蔽吸收作用，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。在調控電磁波屏蔽或者透波的過程中，只需通過更改一個開關單元的位移（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 電磁屏蔽開關復合結構對電磁波屏蔽和透過調控的效果。

  圖3給出了電磁屏蔽開關復合結構的電磁屏蔽測試結果與電磁仿真結果對比。電磁屏蔽開關復合結構控制過程中，除了宏觀物理尺寸的變化外，MMS中導電網絡的微觀結構也隨著變形而發生了變化。而在建模過程中為簡化模型則忽略了MMS中的微觀結構變化。因此，仿真結果與實際測試電磁屏蔽效能數據顯示出一些差異。

圖3 電磁屏蔽開關復合結構的電磁仿真結果與實際測試結果對比

  相關研究成果“Conductive MXene/melamine sponge combined with 3D printing resin base prepared as an electromagnetic interferences shielding switch”近期發表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing上。該項目受到國家自然科學基金、JCJQ項目和裝備預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