近日，由DT新材料主辦的“2023高分子電磁屏蔽復(fù)合材料及應(yīng)用論壇”在寧波舉行?？ú┨毓咎胤N聚合物業(yè)務(wù)高翔博士受邀參加此次論壇，并做了題為“碳材料在高分子電磁屏蔽復(fù)合材料中的應(yīng)用”的主題報(bào)告。

新一代高頻通信技術(shù)、新能源汽車和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，以及電子設(shè)備和器件的高性能化和輕量化，都對(duì)材料的電磁屏蔽和干擾防護(hù)功能提出了更高的要求。在高分子電磁屏蔽材料的制備中，碳材料導(dǎo)電劑可以在賦予高分子材料電磁屏蔽性能的同時(shí)，帶來(lái)輕量化，小型化，耐腐蝕，易加工等優(yōu)點(diǎn)。卡博特公司作為一家全球領(lǐng)先的特種化學(xué)品和高性能材料公司，向全球供應(yīng)各種碳材料導(dǎo)電劑，包括了導(dǎo)電炭黑，碳納米管，石墨烯以及碳納米結(jié)構(gòu)等。在電磁屏蔽應(yīng)用中，卡博特公司積累了豐富的研究和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。主題報(bào)告中，高博士為到場(chǎng)觀眾著重介紹了卡博特公司獨(dú)有的碳納米結(jié)構(gòu)CNS和CNS母粒產(chǎn)品，以及這些產(chǎn)品在抗靜電，靜電釋放以及電磁屏蔽應(yīng)用上的研究成果和解決方案。

碳納米結(jié)構(gòu)的英文名稱是Carbon Nanostructures (CNS)。它是一種有一定取向的，納米管上具有獨(dú)特枝杈結(jié)構(gòu)的多壁碳納米管材料。相較于已商業(yè)化的多數(shù)多壁碳納米管（CNT），它的獨(dú)特之處在于：純度較高，纏結(jié)較少，有枝杈結(jié)構(gòu)，容易分散，從而更容易形成導(dǎo)電通路。CNS與CNT在導(dǎo)電塑料中的導(dǎo)電通路如下圖所示，CNS的枝杈結(jié)構(gòu)可以更有效的形成導(dǎo)電通路。

在塑料應(yīng)用中，卡博特公司開(kāi)發(fā)了一系列CNS母粒產(chǎn)品，還可以為用戶使用CNS母粒提供加工和成型工藝上的指導(dǎo)。使用CNS導(dǎo)電母粒產(chǎn)品帶來(lái)的好處包括了：使用方便和安全，可以幫助用戶實(shí)現(xiàn)更好的分散?？ú┨氐腃NS母粒產(chǎn)品系列如下表所示，產(chǎn)品的樹(shù)脂基體包括PC，PS，PP，PA6，TPU，PPS，PBT等，用戶可以根據(jù)不同需求選擇所需要的母粒產(chǎn)品。此外，卡博特在上海的應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室具備操作和使用納米材料的能力，可以為用戶提供定制化的解決方案。

在抗靜電或者靜電釋放應(yīng)用中，CNS可以在較低的含量實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的導(dǎo)電性能或在相同含量時(shí)比其他導(dǎo)電填料表現(xiàn)出更優(yōu)異的導(dǎo)電性能，如下圖所示，CNS在PC中的導(dǎo)電性能明顯優(yōu)于市場(chǎng)上常見(jiàn)的CNT以及超導(dǎo)炭黑材料。

在電磁屏蔽應(yīng)用中，CNS母粒也有獨(dú)特的產(chǎn)品性能，主要體現(xiàn)在CNS的屏蔽效能優(yōu)于其他碳材料導(dǎo)電添加劑，可以在較大頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的屏蔽效能，可與其他導(dǎo)電添加劑共同使用以實(shí)現(xiàn)協(xié)同增效。

下圖對(duì)比了不同含量的CNS與CNT以及超導(dǎo)炭黑，在不同電磁波頻率下的電磁屏蔽效能。測(cè)試的樣品是厚度為2mm的PA6注塑樣品，測(cè)試方法為ASTM D4935。其中CNS的測(cè)試樣品通過(guò)CNS母粒XS6907A制得。從圖中可以看出，CNS表現(xiàn)出了比CNT和超導(dǎo)炭黑更高的電磁屏蔽效能，且屏蔽效能隨著CNS含量的提高而逐漸提高。

另外，CNS母?？梢允箤?dǎo)電塑料在較大的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的電磁屏蔽性能。下圖展示了使用CNS作為導(dǎo)電添加劑的塑料樣品在較大的頻率范圍內(nèi)均表現(xiàn)出優(yōu)異的屏蔽效能，且其屏蔽效能隨著電磁波頻率的升高而逐漸提高。

此外，CNS還可與其他導(dǎo)電添加劑配合使用，實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽性能上的協(xié)同效應(yīng)。如下圖（a）所示，在CNS導(dǎo)電材料中加入一定量的導(dǎo)電炭黑，可以明顯增強(qiáng)材料的電磁屏蔽效率。在含有5%CNS的樣品中添加5%導(dǎo)電炭黑，即可將屏蔽效能提高大約15dB。另外，碳纖維Carbon Fiber（CF）是現(xiàn)在較為廣泛使用的應(yīng)用于電磁屏蔽的導(dǎo)電添加劑。如下圖（b）所示，在碳纖維復(fù)合材料中通過(guò)CNS母粒XS6907A添加CNS，可以實(shí)現(xiàn)屏蔽效能的大幅提高。在15%CF的樣品中添加3%CNS，屏蔽效能可以提高超過(guò)40dB。

綜上，本文介紹了卡博特使用獨(dú)特的專有工藝制造的碳納米材料CNS和CNS母粒產(chǎn)品。在抗靜電和靜電釋放應(yīng)用領(lǐng)域，CNS母粒的主要特點(diǎn)是，可以在較低的添加量下達(dá)到所需的導(dǎo)電性能。在電磁屏蔽應(yīng)用領(lǐng)域，使用CNS母粒所制得的導(dǎo)電塑料具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能。CNS母粒不僅可單獨(dú)使用達(dá)到較好的屏蔽效能，也可與其他導(dǎo)電材料復(fù)合使用，達(dá)到協(xié)同增效的目的。卡博特公司可以提供基于多種聚合物基材的CNS母粒產(chǎn)品，幫助用戶實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品中所需的導(dǎo)電或電磁屏蔽性能。