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樹脂-泡沫鋁復合材料制備及性能研究（四）

1.2.2泡沫鋁的應用

泡沫鋁作為一種功能多樣的新型材料，在汽車、船舶、航空航天、管道減震等多個領域有大量應用。

(1)泡沫鋁在緩沖吸能減震方面的應用

在不同程度的荷載下，泡沫鋁獨特的孔洞結構可以變形塌陷從而吸收大量能量，這使得泡沫鋁在變形吸能和減震緩沖方面表現出極強的能力。在汽車行業，泡沫鋁被用作保險杠的組成材料，在汽車防撞結構上應用較多，這些可以滿足汽車的減重需求。在航空航天領域上，泡沫鋁被用在航天器的起落架和保護外殼上。除了這些應用場景以外，泡沫鋁還在機械緊固裝置，磨床的防護結構，氣體液體的管道防震上有很多應用。

(2)泡沫鋁在吸聲方面的應用

泡沫鋁特殊的孔洞結構可以對聲波進行很好的反射和吸收，實現隔聲的效果。當聲波進入泡沫鋁時，泡沫鋁內的空氣發生周期性振動，產生摩擦效應，同時空氣發生擠壓和碰撞，最后以熱能的形式釋放。一般來講，泡沫鋁在低頻下的吸聲效果要低于高頻，這是由于聲波和孔壁的非彈性碰撞造成的。泡沫鋁相比其他吸聲材料，擁有耐候，容易清洗，耐高溫，無污染等特點，這使得泡沫鋁在隔音吸聲領域有著很多應用。在道路和高架橋上，隧道，室內天花板，泡沫鋁作為優秀的隔音材料，可以顯著阻止噪音的傳播。Opiela K C對閉孔泡沫鋁進行鉆孔使其多孔內部開放，利于聲波穿透，從而增加穿孔介質孔隙內的波能耗散，并研究了聲波在具有不規則形狀原始封閉孔隙的工業穿孔非均勻材料中的傳播和衰減規律。將實驗數據與穿孔固體樣品的相應結果進行了比較，證明泡沫中初始封閉多孔結構可以顯著阻礙聲波的傳播。

(3)泡沫鋁在電磁屏蔽方面的應用

電磁屏蔽技術對于各行各業都有重要作用。在電子設備廣泛使用的現代化社會，不同頻率的電磁波互相干擾作用可能會導致電子設備出現故障。尤其在航空航天領域，衛星受到宇宙中的電磁波影響可能會出現儀器失靈甚至破壞的情況，需要電磁屏蔽材料對其進行保護。長期處在電磁輻射下也會對人體造成損害，導致高血壓、白血病、敗血癥等疾病的發生。電磁屏蔽的原理是當電磁波進入電磁屏蔽材料時發生反射、吸收和多次反射的現象，從而減弱電磁波的傳播，實現電磁屏蔽功能。常用的電磁屏蔽材料包括金屬材料、高分子材料和纖維織物復合材料。金屬材料通過自由電子的運動產生的反向渦流磁場，實現電磁屏蔽功能，在靜電較多、需要散熱的設備上金屬材料可以更加高效地保護設備免受電磁波干擾。泡沫鋁也屬于金屬材料，而且泡沫鋁的孔洞結構可以提高電磁波的傳播距離，在很大程度上提高對電磁波進行吸收的能力。對于電磁屏蔽材料，通用的屏蔽效能計算公式為：

SE_T=SE_R+SE_A+SE_M                                (1-1)

A+R+T=1                                      (1-2)

SE_T為總電磁屏蔽效能，SE_R為反射屏蔽效能，SE_A為吸收屏蔽效能，SE_M為多次反射屏蔽效能，這些參數是從電磁能量的方面分析電磁屏蔽的。A代表吸收系數，R代表反射系數，T代表透射系數，這些參數是從電磁功率的方面分析電磁屏蔽的。

許正斌通過熔體發泡法制備泡沫鋁并研究其電磁屏蔽性能，發現在130MHz-1800 MHz的測試頻率范圍內，泡沫鋁電磁屏蔽效率在25dB到75dB之間。泡沫鋁的電磁屏蔽性能與反射損耗、吸收損耗、多次反射損耗和渦流損耗有關，反射損耗和多次反射損耗在泡沫鋁的電磁屏蔽中占據主要作用，而在較高頻率范圍，吸收損耗和渦流損耗起到主要作用。李慧劍進行了泡沫鋁孔徑為1mm和2mm，厚度為5mm、10mm和15mm的環氧樹脂-泡沫鋁互穿相復合材料的電磁屏蔽測試。發現當保持泡沫鋁厚度不變，頻率為10-300 MHz的時候，孔徑增大可以使得屏蔽效果增強，頻率為300MHz-1.5 GHz的時候，孔徑的大小對屏蔽效果的影響不大。當保持泡沫鋁孔徑不變，頻率為10-300 MHz的時候，厚度增大可以增強屏蔽效果，頻率為300 MHz-1.5 GHz的時候，厚度對屏蔽效果的影響不大。郭賽使用滲流鑄造法制備泡沫鋁，分析了泡沫鋁內部連通性、表面結構和泡沫鋁孔徑對電磁屏蔽性能的影響。研究發現，較小孔徑的泡沫鋁的電磁屏蔽效果更好，當泡沫鋁孔徑為0.3 mm的時候，屏蔽值為70-110dB。增大泡沫鋁的表面積可以提高低頻電磁波(頻率低于1000MHz)的屏蔽值，而提高泡沫鋁內部連通性可以增大中頻電磁波(頻率在1000 MHz-2000 MHz之間)的屏蔽值。

(4)泡沫鋁的其他應用

通孔泡沫鋁由于其通孔特性，也可作為過濾材料，當氣體和液體通過通孔泡沫鋁，固體雜質保留在了泡沫鋁結構中，實現過濾的功能。在化學反應領域，通孔泡沫鋁可以作為催化劑的載體，增大反應物之間的接觸面積。 通孔泡沫鋁也可作為電極材料，用在蓄電池，燃料電池和太陽能電池中。通孔泡沫鋁也是優秀的熱交換材料，當在對流條件下，氣體和液體通過泡沫鋁孔洞可以帶走大量熱量，表現出較強的散熱能力。

雖然泡沫鋁在諸多領域都有廣泛的應用，但是不能忽視的是，泡沫鋁材料自身的強度仍然有限，這使得泡沫鋁在惡劣環境下容易變形失效，極大限制了泡沫鋁材料在上述應用場景中的使用，如何增強泡沫鋁的強度從而增加其應用前景成為當前的研究熱點。