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Layered polymer composite foams for broadband ultra-low reflectance EMI shielding: a computationally guided fabrication approach
Materials Horizons ( IF 12.2 ) Pub Date : 2023-07-07 , DOI: 10.1039/d3mh00632h Li Ma 1 , Linfeng Wei 1 , Mahdi Hamidinejad 2, 3 , Chul B Park 1
Materials Horizons ( IF 12.2 ) Pub Date : 2023-07-07 , DOI: 10.1039/d3mh00632h Li Ma 1 , Linfeng Wei 1 , Mahdi Hamidinejad 2, 3 , Chul B Park 1
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The development of layered polymer composites and foams offers a promising solution for achieving effective electromagnetic interference (EMI) shielding while minimizing secondary electromagnetic pollution. However, the current fabrication process is largely based on trial and error, with limited focus on optimizing geometry and microstructure. This often results in suboptimal electromagnetic wave reflection and the use of unnecessarily thick samples. In this study, an input impedance model was employed to guide the fabrication of layered PVDF composite foams. This approach optimized the void fraction (VF) and the thickness of each layer to achieve broadband low reflection. Moreover, hybrid heterostructures of SiCnw@MXene were incorporated into the PVDF composite foams as an absorption layer, while the conductive PVDF/CNT composite foams served as a shielding layer. Directed by theoretical computations, we found that combining 2.2 mm of PVDF/SiCnw@MXene composite foam (50% VF) and 1.6 mm of PVDF/CNT composite yielded EMI shielding effectiveness of 45 dB, with an average reflectivity (R) of 0.03 and an effective absorption bandwidth of 5.54 GHz (for R < 0.1) over the Ku-band (12.4–18 GHz). Importantly, the corresponding peak R was only 0.000017. Our work showcases a theoretically guided approach for developing absorption-dominant EMI shielding materials with broadband ultra-low reflection, paving the way for cutting-edge applications.
中文翻译:
用于宽带超低反射率 EMI 屏蔽的层状聚合物复合泡沫:一种计算引导的制造方法
层状聚合物复合材料和泡沫的开发提供了一种有前景的解决方案,可实现有效的电磁干扰(EMI)屏蔽,同时最大限度地减少二次电磁污染。然而,当前的制造工艺主要基于反复试验,对优化几何形状和微观结构的关注有限。这通常会导致电磁波反射不佳以及使用不必要的厚样品。在本研究中,采用输入阻抗模型来指导层状 PVDF 复合泡沫的制造。这种方法优化了空隙率 (VF) 和每层的厚度,以实现宽带低反射。此外,SiCnw@MXene的混合异质结构被纳入PVDF复合泡沫中作为吸收层,而导电PVDF/CNT复合泡沫作为屏蔽层。通过理论计算,我们发现将 2.2 毫米的 PVDF/SiCnw@MXene 复合泡沫 (50% VF) 与 1.6 毫米的 PVDF/CNT 复合材料相结合,可产生 45 dB 的 EMI 屏蔽效能,平均反射率 (R) 为0.03,Ku 频段 (12.4–18 GHz)的有效吸收带宽为 5.54 GHz(R < 0.1)。重要的是,相应的峰值R仅为 0.000017。我们的工作展示了一种理论指导方法,用于开发具有宽带超低反射的吸收主导型 EMI 屏蔽材料,为尖端应用铺平了道路。
更新日期:2023-07-07
中文翻译:
用于宽带超低反射率 EMI 屏蔽的层状聚合物复合泡沫:一种计算引导的制造方法
层状聚合物复合材料和泡沫的开发提供了一种有前景的解决方案,可实现有效的电磁干扰(EMI)屏蔽,同时最大限度地减少二次电磁污染。然而,当前的制造工艺主要基于反复试验,对优化几何形状和微观结构的关注有限。这通常会导致电磁波反射不佳以及使用不必要的厚样品。在本研究中,采用输入阻抗模型来指导层状 PVDF 复合泡沫的制造。这种方法优化了空隙率 (VF) 和每层的厚度,以实现宽带低反射。此外,SiCnw@MXene的混合异质结构被纳入PVDF复合泡沫中作为吸收层,而导电PVDF/CNT复合泡沫作为屏蔽层。通过理论计算,我们发现将 2.2 毫米的 PVDF/SiCnw@MXene 复合泡沫 (50% VF) 与 1.6 毫米的 PVDF/CNT 复合材料相结合,可产生 45 dB 的 EMI 屏蔽效能,平均反射率 (R) 为0.03,Ku 频段 (12.4–18 GHz)的有效吸收带宽为 5.54 GHz(R < 0.1)。重要的是,相应的峰值R仅为 0.000017。我们的工作展示了一种理论指导方法,用于开发具有宽带超低反射的吸收主导型 EMI 屏蔽材料,为尖端应用铺平了道路。