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5号展品-碳纤维/EVA智能电磁屏蔽复合材料
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一、参赛作者概述

展品名称:碳纤维/EVA智能电磁屏蔽复合材料

材料类别:功能复合材料

创作者名称:芦浩浩

所属学校:浙江理工大学

参赛论文:Flexible, electrothermal-driven controllable carbon fiber/poly (ethylene-co-vinyl acetate) shape memory composites for electromagnetic shielding

二、展品简介

1、产品简介/创新点: 本课题所制备的碳纤维/ EV A 复合材料兼具良好的电、热驱动形状记忆性能和EMI屏蔽性能。可利用其形状可编程性的优势,满足形状复杂化设备的使用需求, 也可在合适的区域范围内实施由非屏蔽到屏蔽状态的转换,在智能防电磁干扰系统等领域具有潜在的应用价值。
2、性质: CF F / EV A 复合材料的平均电磁屏蔽效能为3 5.4 dB ,最大电磁屏蔽效能可达45.6 dB ,同时兼具99%的形状记忆固定率和回复率,并具有低电压快速响应的电驱动形状记忆性能。

3、展品应用领域:智能控制和电磁屏蔽领域。

4、展品参数:

中文名

碳纤维/EVA智能电磁屏蔽复合材料

英文名

Carbon fiber/EVA smart EMI shielding composite

简称

ECF

产品形状

黑色薄膜

导电率(芯层)

12.66±1.50 S·cm-1

厚度

0.35±0.10mm

拉伸强度

22.96±1.99MPa

形状记忆

性能

固定率/回复率:>99%

电磁屏蔽性能

30.46-45.60dB

 

 

三、科研笔记

我的智能电磁屏蔽复合材料研究之路

 

我的研究生阶段是以电磁屏蔽复合材料为研究方向,EVA 基形状记忆电磁屏蔽复合材料为最终的实验成果。然而回想起此阶段的研究历程,不得不说“忐忑-尝试-碰壁-收获”完美诠释了我与其从“邂逅”到“深交”的过程。下面,我将以上述四个关键词作为叙述结点向大家讲述我的电磁屏蔽复合材料研究之路,同时在最后对研究旅程中的个人感悟进行小结。

(一)忐忑:研究之路的伊始

“电磁屏蔽方向?我没有听错吧?导师的研究方向是形状记忆高分子和纤维增强高分子复合材料,而且同门中也并没有人涉猎此研究方向,也就是说有可能我身边的熟人没有人可以作为我请教相关问题的对象,这样我能够把相关研究做出来吗? ……”这是我得知导师让我做电磁屏蔽复合材料方向时的内心独白。总结而言,就是满脑子的问号堆砌成了一个巨大的“忐忑”,这份忐忑由研究路上的孤单、自我能力的怀疑、理论知识的缺乏等调制而成。我到底应该怎么办?这个问题在我的忐忑情绪平复之后,并进行了一些学习和尝试才找到了答案!

(二)尝试:自学与交流寻找突破口

忐忑对于解决问题毫无帮助,反而会使自己更加焦虑。我不断酝酿自己的情绪,暗示自己必须行动起来,寻找摆脱研究窘境的良方。于是,我按照文献研究的范式,开始搜集、阅读大量的有关电磁屏蔽材料研究的资料,以此为基点展开研究。大量的文献调研使我对电磁屏蔽的理论认知逐渐丰富,也给予了我开展相关研究的信心。更庆幸的是,我们课题组有一台测试吸波性能的矢量网络分析仪(VNA),在继续查阅大量的资料和阅读仪器说明书后发现这台VNA 可以测试用于计算电磁屏蔽性能的S 参数,当时的我兴奋至极!因为这意味着我进行研究的测试问题得到了解决。接着,我将研一剩下的时间继续贡献给文献调研——发现近年来大量的相关研究集中在碳材料/聚合物复合材料的结构设计和多功能研究上。这个发现使我产生了结合形状记忆做电磁屏蔽多功能复合材料的想法,在和导师汇报交流之后,该想法得到了导师的肯定,并且导师和我探讨了一些可智能控制电磁屏蔽复合材料及性能可调控的研究方案,对未来的毕业设计“蓝图”进行了一番描绘。信心十足是我和导师交谈之后的内心感受,然而这种十足的信心很快就被实验中的各种不顺渐渐稀释。

(三)碰壁:实验之路的艰辛

以“结合形状记忆做电磁屏蔽多功能复合材料”的想法为指引,我开始从文献研读的理论学习阶段向实验阶段过渡,在这个过程中,我还对碳纤维、石墨烯、碳纳米管和生物质碳等相关复合材料有所涉猎。然而,大量实验废品、浪费材料的实验经历使我身心俱疲,但心中不放弃的信念依然强烈。就这样,在这种状态下,我依旧不断进行理论知识的补充学习以及实验方案调整,在发现问题-解决问题的模式中进行循环。后来,我发现想要做出薄的碳/聚合物复合材料并兼具良好的电磁屏蔽和形状记忆性能很难,想要电磁屏蔽性能好就要多使用碳材料,但这又会对形状记忆性能造成影响。于是我把泡沫结构、隔离结构和多层结构等复合结构都做了一遍,进而发现外观上品相最好的就是做出的多层结构薄膜材料了,于是“颜控”的我决定将电磁屏蔽薄膜材料作为未来研究成果的表现形式。

(四)收获:实验成功、论文发表的同时竞赛得奖

在不断地自我科普电磁屏蔽材料研究方法的过程中,我了解到有人用真空辅助成型法制备纤维增强复合材料,于是做出了如下设想:假如将混有交联剂的EVA 先在较低的温度下预制成未交联的薄膜,并和碳纤维薄毡一起在高温和合适的压力下进行复合,是否能在不破坏碳纤维网络的前提下使复合材料的刚性和形状记忆恢复力达到较为良好匹配效果,这样既能保持良好的电磁屏蔽性能,同时也具有良好的形状记忆性能?最后在调整了一系列的实验方案后,一张漂亮的碳纤维/EVA 形状记忆电磁屏蔽薄膜就做出来了(后面发表在Composites Science and Technology 杂志上)!这为我长期以来的第一个毕设实验成功地画上了一个句号,虽然整个工作内容并不显得高大上,但为我毕业设计的如期完成奠定了基础,并在最后一年里完成了三篇小论文发表(两篇SCI,一篇中文综述),参与了多项学科竞赛并获奖。

(五)小结:自我提升与满怀感恩

回首读研期间,我与几位同窗一起协助导师完成了多项研究项目,从中学习到了许多研究技术和方法,也提高了我沟通与协作的能力。同时,从阅读文献到制定实验方案再到完成实验,使我独立发现问题解决问题的能力和实践动手的能力都有了极大的提升。如今走向工作岗位的我再回忆起那些失落过、奋斗过和兴奋过的时间节点,似乎早已成为了生活中的一抹色彩。总结一下才发现原来积累的过程和团结协作对自身的发展还是蛮重要的。所以我庆幸的是我始终有个较为良好的心态,也庆幸的是我在功能复合材料的路上遇到了那些令我感恩的导师、师兄师姐、同窗以及师弟师妹们……

 

 

 

 

 

 

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