- 新型竹強化塑料強度提升81%，韌性增強173%。
- 該材料能有效屏蔽智能手機及其他電子設備的電磁幹擾。
- 竹炭被用作可再生替代品，改善塑料的性能。
- 材料在8.2至12.4 GHz頻率範圍內平均阻擋36.7 dB電磁幹擾。
中國研究人員最近研發出一種新型竹強化塑料，其強度提升了 81%，韌性增強了 173%，可用於屏蔽電子設備免受不必要的電磁波影響。這一突破性材料由位於合肥的安徽農業大學的科學家團隊開發。根據該團隊的說法，這種新複合材料並不主要反射電磁波，相反，它能夠吸收大部分進入的輻射，並減少二次幹擾。為了創造這種新型複合材料，該團隊使用了竹炭，這是一種通過在缺氧環境中加熱竹子而產生的富碳物質，這一過程被稱為熱解。
研究人員相信這種材料能夠有效屏蔽智能手機、筆記本電腦及其他電子設備的電磁幹擾。該團隊表示：“通過在基於竹炭的材料中結合電磁保護和機械性能，這一設計可以指導電子設備及其他需要耐用屏蔽的應用元件的開發。”
竹炭的應用與挑戰
竹子如何阻擋波動
電磁幹擾（EMI）是指不必要的噪音或幹擾，會干擾電路。通常由外部來源引起，這已成為電子製造商日益關注的問題。然而，傳統的導電屏蔽材料往往會反射進入的波動，並造成額外的幹擾。為瞭解決這一挑戰，科學家們選擇了竹炭，這是一種經過加熱竹生物質且幾乎不含氧的富碳材料。據報導，竹炭可以作為標準導電填料的可再生替代品。然而，其低導電性和與塑料的粘結性差可能會限制其性能。研究人員首先在氮氣中加熱竹粉以生產竹炭。
材料性能測試結果
然後，他們利用閃光焦耳加熱（亦稱為歐姆加熱或電阻加熱），這一過程使用短暫的電能脈衝來改變碳結構。接著，他們用 APTES 化學物質處理顆粒，以改善其與塑料的粘結性。經過改性的竹炭被插入兩種生物可降解塑料，即聚乳酸（PLA）和聚丁二酸-對苯二甲酸酯（PBAT）之間，從而創造出能夠吸收和削弱電磁波的通道。
更強、更韌的塑料
在這項研究中，團隊比較了含有未處理、閃光加熱及化學改性竹炭的塑料，以及一種非分層版本的性能。實驗室測試發現，經過優化的複合材料的抗拉強度達到 25.5 兆帕（MPa），其強度增強了 81%。同時，其韌性增強了 173%，達到 2.68 兆焦耳每立方米，並且在斷裂前的延展性也增加了一倍多，從 11.5% 上升至 24.7%。該材料的導電性能也顯著提升，其導電率達到 12.8 西門子每釐米，而未處理竹炭版本的導電率僅為 1.7。
進一步的測試發現，該材料在 8.2 至 12.4 千兆赫（GHz）頻率範圍內平均阻擋電磁幹擾 36.7 分貝（dB）。相比之下，含有相同填料的非分層複合材料僅達到 7.5 分貝。此外，屏蔽效果大部分來自於對電磁波的吸收（30.8 dB），而反射僅佔 5.9 dB。科學家們認為，碳網絡和層狀結構使得電磁波需要在塑料中經過更長的距離。
該研究已發表於《可持續碳材料》期刊上。
項目 規格 抗拉強度 25.5 MPa 韌性 2.68 MJ/m³ 導電率 12.8 S/cm
新型材料對電子設備的影響
這項研究展示了竹強化塑料在電子設備抗電磁幹擾方面的潛力，特別是隨著電子產品日益普及，電磁幹擾問題愈發重要。竹炭作為可再生材料，不僅提升了塑料的性能，還符合可持續發展的需求。這種材料的成功開發可能會引發對新型環保材料的更多關注，並促進其在電子產品中的應用，進一步降低環境影響。