D01:10.13374.isml00103x.2009.2.004 第31卷第2期 北京科技大学学报 Vol.31 No.2 2009年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Fb.2009 磁致取向对镍粉填充丙烯酸酯复合涂层导电与屏蔽 性能的影响 李永张松) 倪余伟)董建民)黄洁) 刘增堂2) 1)海军后勤技术装备研究所，北京1000722)海后军港机场营房部，北京100064 摘要采用磁场控制导电镍颗粒在丙烯酸酯乳液中的排列，制备了镍粉/聚丙烯酸酯复合涂层.采用扫描电镜对施加磁场 前后涂层的微观形貌进行了表征，研究了磁致取向对复合涂层电导率和屏蔽效能的影响，并结合动力学模型探讨了影响磁致 取向时间的因素.结果表明.磁致取向可以在涂层中形成“纤维束”状的微观组织，提高其电导率，使复合涂层导电渗阀值从 5.6%降至30%（体积分数）.经磁致取向后涂层的屏蔽效能曲线变化均匀，电磁屏蔽效能得到优化：磁致取向时间可以通过 改变磁场强度和体系黏度来进行控制. 关键词聚丙稀酸酯：镍粉：磁场：导电性能：电磁屏蔽 分类号TU561.6 Influence of magnetic-field-induced-alignment on the conductivity and electromag- netic shielding effectiveness of Ni/polyacrylate coatings LI Yong.ZHANG Song.NI Yu-wei).DONG Jian-min HUANGJie,LIU Zeng-tang2 1)Navy Logistic Technology and Equipment Institute of PLA.Beijng 100072.China 2)Department of Navy Harbor Aindrome Barracks,Navy Logistics of PLA.Beijing 100064.China ABSTRACT Ni poly acry late conductive coatings were prepared by utilizing magnetic field to control the alignment of nicke partides in acrylic emulsion.Their surface morphologies w ith and without the application of magnetic field were analyzed by SEM.The effect of magnetic field on the conductivity and shielding effediveness of the coatings w as studied.In combination with a dy namic model the influencing factors on the time of magnetiefield-induced-alignment(MFIA)was discussed.The results reveal that MFIA helps to generate a yarmshaped microstructure in the coatings.which improves their conductivity.The percolation threshold of the resulting coatings decreases from 5.6%to 3.0%in volume fraction.Compared to the unaligned,the shielding effectiveness curve presents an even distribution after MFIA.and the dectromagnetic shielding effectiveness is optimized.Alignment time can be oontrolled by changing the system viscosity and the applied magnetic intensity. KEY WORDS polyacrylate:nickel magnetic field conductivity;electromagnetic shieding 近年来，在材料制备过程中通过施加磁场而使 复合型导电高分子材料（通常称填充型由于制 材料的微观结构产生取向己成为材料学研究的热 备简便、可加工性强、导电性能高等原因而在抗静电 点一习.在磁场中，具有磁各向异性的晶体（或颗 以及电磁屏蔽材料领域得到广泛发展.在保持导电 粒)，不同的晶轴由于所受到的磁化能不同而发生旋 性能的前提下如何降低导电填料的含量是这类材料 转，直到所收到的磁化能最小，这就是磁致取向机 的研究关键.本文采用磁场控制导电镍粉在丙烯酸 制.借助磁场的作用，在合金凝固或有机物固化过 酯乳液中的排列，制备了镍/丙烯酸酯复合导电涂 程中，可以获得常规方式难以获得的组织与性 层，研究了磁场对涂层电导率以及屏蔽性能的影响， 能9 并结合相关动力学模型探讨了影响磁致取向时间的 收稿日期：200801-20 作者简介：李永(1978一)，男，工程师，顾士研究生：张松(1965一），女，高级工程师，E-mai:yog1897©163.cm
磁致取向对镍粉填充丙烯酸酯复合涂层导电与屏蔽 性能的影响 李 永 1) 张 松 1) 倪余伟 1) 董建民 1) 黄 洁 1) 刘增堂 2) 1) 海军后勤技术装备研究所, 北京 100072 2) 海后军港机场营房部, 北京 100064 摘 要 采用磁场控制导电镍颗粒在丙烯酸酯乳液中的排列, 制备了镍粉/聚丙烯酸酯复合涂层.采用扫描电镜对施加磁场 前后涂层的微观形貌进行了表征, 研究了磁致取向对复合涂层电导率和屏蔽效能的影响, 并结合动力学模型探讨了影响磁致 取向时间的因素.结果表明, 磁致取向可以在涂层中形成“ 纤维束” 状的微观组织, 提高其电导率, 使复合涂层导电渗阀值从 5.6 %降至 3.0 %( 体积分数) .经磁致取向后涂层的屏蔽效能曲线变化均匀, 电磁屏蔽效能得到优化;磁致取向时间可以通过 改变磁场强度和体系黏度来进行控制. 关键词 聚丙稀酸酯;镍粉;磁场;导电性能;电磁屏蔽 分类号 TU 56 +1.6 Influence of magnetic-field-induced-alignment on the conductivity and electromagnetic shielding effectiveness of Ni/polyacrylate coatings LI Yong 1) , ZHANG Song 1) , NI Yu-wei 1) , DONG J ian-min 1) , HUANG Jie 1) , LIU Zeng-tang 2) 1) Navy Logistic Technology and Equipment Institute of PLA, Beijing 100072, China 2) Department of Navy Harbor Airdrome Barracks, Navy Logistics of PLA, Beijing 100064, China ABSTRACT Ni/ poly acry late conductive coatings were prepared by utilizing magne tic field to control the alignment of nickel particles in acrylic emulsion.Their surface morphologies w ith and without the application of mag netic field were analy zed by SEM .The effect of magnetic field on the conductivity and shielding effectiveness of the coatings w as studied.In combination with a dy namic model the influencing facto rs on the time of magnetic-field-induced-alignment ( MFIA) w as discussed .The results reveal that MFIA helps to g enerate a yar n-shaped microstructure in the coatings, which improves their conductivity .The percolation threshold of the resulting coatings decreases from 5.6 % to 3.0 % in v olume fraction .Compared to the unalig ned, the shielding effectiveness curve presents an even distributio n after MFIA, and the electromagne tic shielding effectiveness is optimized.Alig nment time can be controlled by changing the system viscosity and the applied magne tic intensity . KEY WORDS polyacrylate;nickel;mag netic field;conductivity ;electromag netic shielding 收稿日期:2008-01-20 作者简介:李 永( 1978—) , 男, 工程师, 硕士研究生;张 松( 1965—) , 女, 高级工程师, E-mail:liyong1897@163.com 近年来, 在材料制备过程中通过施加磁场而使 材料的微观结构产生取向已成为材料学研究的热 点[ 1-2] .在磁场中, 具有磁各向异性的晶体( 或颗 粒) , 不同的晶轴由于所受到的磁化能不同而发生旋 转, 直到所收到的磁化能最小, 这就是磁致取向机 制.借助磁场的作用, 在合金凝固或有机物固化过 程中, 可以获得常规方式难以获得的组织与性 能[ 3-6] . 复合型导电高分子材料( 通常称填充型) 由于制 备简便 、可加工性强、导电性能高等原因而在抗静电 以及电磁屏蔽材料领域得到广泛发展.在保持导电 性能的前提下如何降低导电填料的含量是这类材料 的研究关键 .本文采用磁场控制导电镍粉在丙烯酸 酯乳液中的排列, 制备了镍/丙烯酸酯复合导电涂 层, 研究了磁场对涂层电导率以及屏蔽性能的影响, 并结合相关动力学模型探讨了影响磁致取向时间的 第 31 卷 第 2 期 2009 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.2 Feb.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.02.004
第2期 李永等：磁致取向对镍粉填充丙烯酸酯复合涂层导电与屏蔽性能的影响 ·221。 因素 1实验部分 11原材料 丙烯酸酯乳液：北京东方化工厂提供：导电镍 粉：平均粒径15m,北京浩运工贸有限公司生产： 分散剂：十二烷基苯磺酸钠(SDB$),北京西四化学 试剂有限公司生产；增稠剂：聚氨酯缔合型增稠剂， 北京兴美亚有限公司生产， 12样品的制备 图1无磁场时涂层截面的微观形貌 按比例称取一定量的十二烷基苯磺酸钠 Fig.I SEM micmgraph of a cross section of the coating wit hout the (SDS)溶于去离子水中，加入导电镍粉，超声 application of magnetic field 10min对镍粉进行预分散：然后加入不同量的丙烯 酸酯乳液、增稠剂以及消泡剂，在搅拌分散机中剪切 201m 分散20min,转速为1200rmin,将分散好的混合 液静止I0min,涂刷到ABS绝缘树脂板上，在涂层 表面施加0.8T的平行磁场，时间为2s,该磁场由钕 铁硼永磁体制备：将磁化后的样板放入到55℃的烘 箱中加热15min.室温C>20℃固化.待涂层完全干 燥后进行电导率的测试.为了进行对比实验，制备 同等条件下不施加磁场的涂层样板，每个样板做三 个平行样. 13性能测试与表征 图2Q8T平行磁场下涂层截面的微观形貌 Fig.2 SEM micrograph of a cross section of the coating with the 将复合涂层用液氮淬断，表面喷碳后在剑桥S application of magnetic field (B-Q8T) 360型扫描电镜观察微观形貌；采用四探针法测定 涂层的导电性能：采用场强计测定磁场强度，将涂层 2.2复合材料的导电性能 样板剪成直径为115mm的圆片，根据SJ20524一 图3给出了施加磁场前后复合材料的电导率与 1995(材料屏蔽性能测量方法)，采用同轴法兰法测 导电镍粉体积分数之间的关系变化曲线。 试电磁屏蔽效能，测试频段为30MHz~1.5GHz. 2结果与讨论 0 -B=0T 2.1形貌表征 -月。som -1 ◆-B0.2T 图1给出了施加磁场前复合涂层的微观形貌扫 -2 -3 描电镜照片.由于采用分散剂(SDBS)以及超声波 对镍粉的团聚粒子进行预分散，导电镍粉可以很均 0 0.05.0.100.150200.25 Ni体积分数，中 匀的分散到树脂基体中.施加磁场后，材料的微观 组织发生了显著的变化，具有明显的取向性（图2）， 图3涂层的电导率随镍粉体积分数的变化 Fig.3 Dependence of the ekctrical conductivity of the coating on 呈“纤维束”状7，导电镍粉分布在纤维束之间，较 the volume fraction of Ni pow der 之施加磁场前接触更充分.在施加磁场时，分布丙 烯酸脂乳液中的导电镍粒子相当于一个个悬浮的磁 图3的两条曲线均表明.复合材料的电导率对 偶极子，在磁场作用下这些偶极子会发生偏转：此外 镍粉体积分数依赖关系曲线呈“$”形，电导率先是 借助磁偶极子的作用，导电镍粉颗粒也会“自发”地 缓慢增大至103S°cm-1,随后急剧增大到10S· 进行聚集.由于在施加磁场后迅速的升温固化，使 cm',提高了近五个数量级，最后趋于平缓.此外， 这种状态保留下来，形成了“纤维束”结构. 对该变化趋势具有一般填充型复合导电高分子材料
因素 . 1 实验部分 1.1 原材料 丙烯酸酯乳液:北京东方化工厂提供;导电镍 粉:平均粒径 1.5 μm, 北京浩运工贸有限公司生产 ; 分散剂 :十二烷基苯磺酸钠( SDBS) , 北京西四化学 试剂有限公司生产 ;增稠剂 :聚氨酯缔合型增稠剂, 北京兴美亚有限公司生产 . 1.2 样品的制备 按比例 称取 一定 量的 十二 烷基 苯磺 酸 钠 (SDBS ) 溶于 去离子水中, 加 入导电镍粉, 超 声 10 min对镍粉进行预分散;然后加入不同量的丙烯 酸酯乳液 、增稠剂以及消泡剂, 在搅拌分散机中剪切 分散 20 min, 转速为 1 200 r·min -1 , 将分散好的混合 液静止 10 min, 涂刷到 ABS 绝缘树脂板上, 在涂层 表面施加 0.8 T 的平行磁场, 时间为 2 s, 该磁场由钕 铁硼永磁体制备 ;将磁化后的样板放入到 55 ℃的烘 箱中加热 15min, 室温( >20 ℃) 固化, 待涂层完全干 燥后进行电导率的测试.为了进行对比实验, 制备 同等条件下不施加磁场的涂层样板, 每个样板做三 个平行样 . 1.3 性能测试与表征 将复合涂层用液氮淬断, 表面喷碳后在剑桥 S- 360 型扫描电镜观察微观形貌 ;采用四探针法测定 涂层的导电性能 ;采用场强计测定磁场强度, 将涂层 样板剪成直径为 115 mm 的圆片, 根据 SJ20524 — 1995( 材料屏蔽性能测量方法) , 采用同轴法兰法测 试电磁屏蔽效能, 测试频段为 30 M Hz ～ 1.5GHz . 2 结果与讨论 2.1 形貌表征 图 1 给出了施加磁场前复合涂层的微观形貌扫 描电镜照片.由于采用分散剂( SDBS ) 以及超声波 对镍粉的团聚粒子进行预分散, 导电镍粉可以很均 匀的分散到树脂基体中.施加磁场后, 材料的微观 组织发生了显著的变化, 具有明显的取向性( 图 2) , 呈“纤维束”状[ 7] , 导电镍粉分布在纤维束之间, 较 之施加磁场前接触更充分.在施加磁场时, 分布丙 烯酸脂乳液中的导电镍粒子相当于一个个悬浮的磁 偶极子, 在磁场作用下这些偶极子会发生偏转 ;此外 借助磁偶极子的作用, 导电镍粉颗粒也会“自发” 地 进行聚集.由于在施加磁场后迅速的升温固化, 使 这种状态保留下来, 形成了“纤维束”结构. 图 1 无磁场时涂层截面的微观形貌 Fig.1 SEM micrograph of a cross secti on of the coating without the application of magnetic field 图 2 0.8 T 平行磁场下涂层截面的微观形貌 Fig.2 SEM micrograph of a cross section of the coating with the application of magnetic field ( B =0.8 T) 2.2 复合材料的导电性能 图 3 给出了施加磁场前后复合材料的电导率与 导电镍粉体积分数之间的关系变化曲线. 图 3 涂层的电导率随镍粉体积分数的变化 Fig.3 Dependence of the electrical conducti vit y of the coating on the volume fraction of Ni pow der 图 3 的两条曲线均表明, 复合材料的电导率对 镍粉体积分数依赖关系曲线呈“S”形, 电导率先是 缓慢增大至 10 -3 S·cm -1 , 随后急剧增大到 10 2 S· cm -1 , 提高了近五个数量级, 最后趋于平缓 .此外, 对该变化趋势具有一般填充型复合导电高分子材料 第 2 期 李 永等:磁致取向对镍粉填充丙烯酸酯复合涂层导电与屏蔽性能的影响 · 221 ·
。222 北京科技大学学报 第31卷 的普遍特性，可以用宏观渗流理论9来解释，即：随 10B,屏蔽效能更均匀稳定.这是因为复合材料的 着镍粉体积分数的增加，复合材料中导电粒子在导 导电网络中存在大量非导电性高分子树脂区域，由 电阀值处（图中垂直虚线标识处）发生了有限的相互 于分散不均等原因这些区域在导电网络中形成一个 接触到形成无限导电网链的转变.此外，对相同镍 大小不一对电磁波“透明”的空洞9，当一定波长电 粉体积的复合材料，施加磁场后材料的电导率均有 磁波经过时就会发生泄漏；而经磁致取向的复合材 不同程度的提高，特别是在复合材料达到渗流值之 料，导电镍粉粒子经过了重新排布和聚集，导电网络 前，施加磁场对材料电导率的提高较大，最多可以提 中“透明”空洞的大小和分布更加均匀，相应的电磁 高两个数量级(Nⅱ粉体积分数4%.在渗流值之后 泄漏减小.因此，采用磁致取向对材料中导电网络 施加磁场，电导率的提高幅度减小.这主要因为在 的分布具有重要影响，有助于其屏蔽效能的优化. 镍粉含量较小时施加磁场，通过磁场使导电镍粒子 2.4影响磁致取向时间的主要因素 发生偏转和聚集对导电网络的贡献较明显；而在镍 为了考察对磁致取向的影响因素，假设一椭球 粉含量较高时，导电网络己形成得较充分，因此磁场 形的镍粉颗粒悬浮在聚丙烯酸酯乳液体系中，其长 影响较不明显.此外，施加磁场还使复合体系的导 轴为c,短轴为a.在磁场的作用下以角速度ω进 电阀值从5.6%降至3.0%，这对降低成本，改善材 行平面转动，分别以椭球中心O建立本体坐标系 料的性能具有重要意义. O一xy'z和绝对坐标系O一xvz,椭圆的短轴a和 23复合材料的电磁屏蔽性能 长轴c分别与x轴与y轴重合，磁场沿x轴方向施 从施加磁场前后复合材料屏蔽效能的曲线（见 加，与y夹角为0，图6所示 图4和图5)可知，施加磁场后材料的综合屏蔽效能 提高.没有进行磁致取向处理的复合材料在500~ 900MHz之间屏蔽曲线存在较明显的波动，其屏蔽 衰减峰值与谷值之差接近23B:经磁致取向后复合 材料的屏蔽曲线波动较平缓，最大波动幅度小于 xH 80 60 图6镍粒子在磁场下旋转示意图 Fig.6 Sketch of mtation of a nickel particle suspended in iquid un- 40 der an appled magnetic fied iq 20 0 根据文献10]的推导结果，当磁性微粒在磁场 200400600800100012001400 频率MHz 作用下从初始夹角0旋转到0*平衡位置时，其所 需要的时间t表示为： 图4无磁场时涂层的屏蔽效能曲线 4f(k) Fig.4 Shielding effectiveness curve of the coating without the appli 1= Bo(xa-xe)H2n a0 (1) cation of magnetic field 其中，？为液相体系动力学黏度，xa与xc为轴向磁 化率，H为磁场强度.0为真空磁导率 80 f(k)=(k4-1)1 k(2k-山1k+JR2-i-k网 60 k2-1 (2) 40 式中，k=cla为长径比.经证明，f(k)为单调增函 20 数. 100 由式(1)可知，磁致取向时间与粒子的长径比和 10001500 频率MHz 聚丙烯酸乳液体系的动力学黏度成正比，与磁化率 图508T平行磁场下涂层的屏蔽效能曲线 之差和磁场强度的平方成反比.由于粒子的长径比 Fig.5 Shielding effectiveness curve of the coating with the applica- 与磁化率之差属于体系的内在属性，对其进行控制 tion of magnetic fieH (B=Q 8T) 难度较大.因此，缩短取向时间是较为有效的方法
的普遍特性, 可以用宏观渗流理论 [ 8] 来解释, 即 :随 着镍粉体积分数的增加, 复合材料中导电粒子在导 电阀值处( 图中垂直虚线标识处) 发生了有限的相互 接触到形成无限导电网链的转变.此外, 对相同镍 粉体积的复合材料, 施加磁场后材料的电导率均有 不同程度的提高, 特别是在复合材料达到渗流值之 前, 施加磁场对材料电导率的提高较大, 最多可以提 高两个数量级( Ni 粉体积分数 4 %) .在渗流值之后 施加磁场, 电导率的提高幅度减小 .这主要因为在 镍粉含量较小时施加磁场, 通过磁场使导电镍粒子 发生偏转和聚集对导电网络的贡献较明显;而在镍 粉含量较高时, 导电网络已形成得较充分, 因此磁场 影响较不明显.此外, 施加磁场还使复合体系的导 电阀值从 5.6 %降至 3.0 %, 这对降低成本, 改善材 料的性能具有重要意义. 2.3 复合材料的电磁屏蔽性能 从施加磁场前后复合材料屏蔽效能的曲线( 见 图 4 和图 5) 可知, 施加磁场后材料的综合屏蔽效能 提高.没有进行磁致取向处理的复合材料在 500 ～ 900 MHz 之间屏蔽曲线存在较明显的波动, 其屏蔽 衰减峰值与谷值之差接近 23 dB;经磁致取向后复合 材料的屏蔽曲线波动较平缓, 最大波动幅度小于 图 4 无磁场时涂层的屏蔽效能曲线 Fig.4 Shielding eff ectiveness curve of the coating w ithout the applicati on of magnetic field 图 5 0.8 T 平行磁场下涂层的屏蔽效能曲线 Fig.5 Shielding eff ectiveness curve of the coating with the application of magnetic field ( B =0.8 T) 10 dB, 屏蔽效能更均匀稳定.这是因为复合材料的 导电网络中存在大量非导电性高分子树脂区域, 由 于分散不均等原因这些区域在导电网络中形成一个 大小不一对电磁波“透明”的空洞[ 9] , 当一定波长电 磁波经过时就会发生泄漏 ;而经磁致取向的复合材 料, 导电镍粉粒子经过了重新排布和聚集, 导电网络 中“透明”空洞的大小和分布更加均匀, 相应的电磁 泄漏减小 .因此, 采用磁致取向对材料中导电网络 的分布具有重要影响, 有助于其屏蔽效能的优化 . 2.4 影响磁致取向时间的主要因素 为了考察对磁致取向的影响因素, 假设一椭球 形的镍粉颗粒悬浮在聚丙烯酸酯乳液体系中, 其长 轴为 c, 短轴为 a .在磁场的作用下以角速度 ω进 行平面转动, 分别以椭球中心 O 建立本体坐标系 O -x′y′z′和绝对坐标系O -xyz, 椭圆的短轴 a 和 长轴 c 分别与 x′轴与 y′轴重合, 磁场沿 x 轴方向施 加, 与 y′夹角为 θ, 图 6 所示. 图6 镍粒子在磁场下旋转示意图 Fig.6 S ket ch of rotation of a ni ckel particle suspended in liquid under an appli ed magnetic fi eld [ 10] 根据文献[ 10] 的推导结果, 当磁性微粒在磁场 作用下从初始夹角 θ0 旋转到 θ＊平衡位置时, 其所 需要的时间 t 表示为 : t = 4 ηf ( k ) μ0( xa -xc ) H 2 ln tan θ ＊ θ0 ( 1) 其中, η为液相体系动力学黏度, xa 与 xc 为轴向磁 化率, H 为磁场强度, μ0 为真空磁导率. f ( k ) =( k 4 -1) / k ( 2k 2 -1) k 2 -1 ln( k + k 2 -1 -k 2 ( 2) 式中, k =c/ a 为长径比 .经证明, f ( k ) 为单调增函 数 . 由式( 1) 可知, 磁致取向时间与粒子的长径比和 聚丙烯酸乳液体系的动力学黏度成正比, 与磁化率 之差和磁场强度的平方成反比.由于粒子的长径比 与磁化率之差属于体系的内在属性, 对其进行控制 难度较大.因此, 缩短取向时间是较为有效的方法, · 222 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷
第2期 李永等：磁致取向对镍粉填充丙烯酸酯复合涂层导电与屏蔽性能的影响 ·223。 可以增加施加磁场的强度与减小体系的黏度.由于 manganite coatings for EM I shielding against dimected energy pul 该取向时间是在理想情况下推导出的，忽略了磁性 es.Prog Org Coat,2003.47:190 微粒间的短程斥力、粒子布朗运动等因素的影 [5 Wang H.Ren Z M,Deng K.et al.Effects of static magnetic field on solidification structu re of MnBi phase in semi-solidfied Bi 响，因此实际工程应用中取向时间还需要通过实 Mn alloy.Acta Metall Sin,2002.38(1):41 验来确定 (王晖，任忠鸣，邓康，等.磁场对B一Mn合金两相区中MnB 相凝固组织的影响.金属学报.2002.38(1)：41) 3结论 [6 Duan Y P,Liu S H,Guan H T,et al.Effects of high magnetic 对于镍粉/聚丙烯酸酯复合材料体系，在固化前 field on gmin shape and eectrieal conductivity of doped polyani line.Acta Chem Sin,2005,63(17):1595 施加平行磁场可以使活性导电镍粒子发生偏转和聚 (段玉平，刘顺华，管洪涛，等.强磁场作用对聚苯胺颗粒形貌 集，使材料的微观组织具有取向性，形成“纤维束”状 及电性能的影响.化学学报，2005,63(17)：1595) 的微观组织.磁致取向可以提高体系的电导率，该 [7]Zhang B W.Xie C S.Hu J H,et al.Magnetic-ficld-induced 影响在体系中导电填料的含量较低时比较明显，并 alignment of metal nanoparticks in polymer:experiments and 使其导电阀值从5.6%降至3.0%（体积分数）.磁 mokcular dy namics simulation.Chem J Chin Univ,2005.26 致取向可以对复合材料的屏蔽效能进行优化.通过 (11):2131 (张邦文谢长生，胡军辉，等。金属纳米粒子在聚合物中的磁 控制固化前体系的动力学黏度和磁场强度，可以改 致排列：实验及分子动力学模拟.高等学校化学学报，2005. 变磁致取向的时间. 26(11):2131) 参考文献 [8 Shen L,Zhang Z Y,Wang JJ,et al.Electrical and thermal con- duictivity of polymers loaded with conductive filer.Polymer [1]Li X,Wang H.Ren Z M,et aL.Development of the stable high Mater Sci Eng,2006.22(4):107 magnetic field technology and its application in material science. (沈烈，张稚燕，王家俊，等.填充型聚合物基复合材料的导电 Mater Rev,.2002.16(10):25 和导热性能.高分子材料科学与工程，2006.22(4)：107) (李喜，王晖.任忠鸣，等.稳恒强磁场技术的发展及其在材料 [9 Li H W,Huang W X,Guan D G,et al.Research of the w ater 科学中的应用.材料导报，2002.16(10)：25 based Nibased elect romagnetic shieHing coating.J Func Mater [2]Uyeda C,Tanaka K,Takashima R,et al.Magnetic alignment at Devices,2004,10(1):107 reduced field intensity due to decnease of temperature observed for (李洪武，黄婉霞，管登高，等.水性镍基电磁屏蔽涂料研究 nonfermomagnetic particles possessing paramagnetic and damag- 功能材料与器件学报，2004.10(1)：107) netic anisotropy.J App/Phys,2004,43:980 10 Zhang B W,Ren Z M,Wang H,et al.On dynamics of grain [3]Rango P D.Lee M,Leay P,et al.Texturing of magnetic mate- alignment during alloy solidification under applied magnetic field. rials at high temperat ure by solidification in a magnetic field.Na- Acta Meta ll Sin.2004.40(6):604 ue,1991,349:770 (张邦文，任忠鸣，王晖等.合金凝固过程中品粒磁取向的动 [4]Chhiu T L,Bamy S,Mark K,et al.Nanograin magnetoresistive 力学研究.金属学报，2004.40(6)：604
可以增加施加磁场的强度与减小体系的黏度 .由于 该取向时间是在理想情况下推导出的, 忽略了磁性 微粒间的短程斥力、粒子布朗运动等因素的影 响[ 7] , 因此实际工程应用中取向时间还需要通过实 验来确定 . 3 结论 对于镍粉/聚丙烯酸酯复合材料体系, 在固化前 施加平行磁场可以使活性导电镍粒子发生偏转和聚 集, 使材料的微观组织具有取向性, 形成“纤维束”状 的微观组织 .磁致取向可以提高体系的电导率, 该 影响在体系中导电填料的含量较低时比较明显, 并 使其导电阀值从 5.6 %降至 3.0 %( 体积分数) .磁 致取向可以对复合材料的屏蔽效能进行优化 .通过 控制固化前体系的动力学黏度和磁场强度, 可以改 变磁致取向的时间. 参 考 文 献 [ 1] Li X, Wang H, Ren Z M , et al.Development of the st able high magnetic field technology and its application in materi al science. Mater Rev, 2002, 16( 10) :25 ( 李喜, 王晖, 任忠鸣, 等.稳恒强磁场技术的发展及其在材料 科学中的应用.材料导报, 2002, 16( 10) :25 [ 2] Uyeda C, Tanaka K, Takashima R, et al.Magnetic alignment at reduced field intensit y due to decrease of temperature observed for nonferromagnetic particles possessing paramagnetic and diamagnetic anisotropy .J App l Phys, 2004, 43:980 [ 3] Rango P D, Lee M, Lejay P, et al.Texturing of magnetic mat erials at high temperature by solidification in a magneti c field.Natu re, 1991, 349:770 [ 4] Chhiu T L, Barry S , Mark K, et al.Nanograin magnet oresistive manganit e coatings f or EM I shielding against directed energy pulses.Prog Org Coa t, 2003, 47:190 [ 5] Wang H, Ren Z M , Deng K, et al.Effects of st atic magnetic field on solidification structu re of MnBi phase in semi-solidified BiMn alloy .Acta Metall Sin , 2002, 38( 1) :41 ( 王晖, 任忠鸣, 邓康, 等.磁场对 Bi-Mn 合金两相区中 MnBi 相凝固组织的影响.金属学报, 2002, 38( 1) :41) [ 6] Duan Y P, Liu S H, Guan H T, et al.Eff ects of high magnetic field on grain shape and electrical conductivit y of doped polyaniline.Acta Chem S in, 2005, 63( 17) :1595 ( 段玉平, 刘顺华, 管洪涛, 等.强磁场作用对聚苯胺颗粒形貌 及电性能的影响.化学学报, 2005, 63( 17) :1595) [ 7] Zhang B W, Xie C S, Hu J H, et al.Magnetic-field-induced alignment of metal nanoparticles in polymer :experiments and molecular dynamics simulation.Chem J Ch in Uni v, 2005, 26 ( 11) :2131 ( 张邦文, 谢长生, 胡军辉, 等.金属纳米粒子在聚合物中的磁 致排列:实验及分子动力学模拟.高等学校化学学报, 2005, 26( 11) :2131) [ 8] Shen L, Zhang Z Y, Wang J J, et al.Electrical and thermal conductivity of polymers loaded w ith conductive filler .Polymer Mater S ci Eng , 2006, 22( 4) :107 ( 沈烈, 张稚燕, 王家俊, 等.填充型聚合物基复合材料的导电 和导热性能.高分子材料科学与工程, 2006, 22( 4) :107) [ 9] Li H W, Huang W X, Guan D G, et al.Research of the w at erbased Ni-based electromagnetic shielding coating .J F unct Mater Devices, 2004, 10( 1) :107 ( 李洪武, 黄婉霞, 管登高, 等.水性镍基电磁屏蔽涂料研究. 功能材料与器件学报, 2004, 10( 1) :107) [ 10] Zhang B W, Ren Z M, Wang H, et al.On dynamics of grain alignment during alloy solidification under applied magneti c field. Acta Meta ll Sin , 2004, 40( 6) :604 ( 张邦文, 任忠鸣, 王晖, 等.合金凝固过程中晶粒磁取向的动 力学研究.金属学报, 2004, 40( 6) :604 第 2 期 李 永等:磁致取向对镍粉填充丙烯酸酯复合涂层导电与屏蔽性能的影响 · 223 ·