一種電磁屏蔽性能可調的聚合物導電薄膜及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種電磁屏蔽性能可調的聚合物導電薄膜及其制備方法，所述聚合物導電薄膜材料具有夾層結構，由增強夾層以及導電涂層組成，具有優異的強度以及柔性；通過對聚合物導電薄膜材料進行鋸齒形折疊，并對鋸齒結構進行簡單的拉伸或壓縮來改變鋸齒夾角的大小，就能改變最終材料的電磁屏蔽效能，從而實現電磁屏蔽性能的有效調控，可以應用于需要對電磁波衰減程度進行簡單且有效控制的領域或器件中。本發明專利技術方法步驟簡單，操作方便，為制備電磁屏蔽性能可調的高強度柔性聚合物導電薄膜材料提供了一種新的思路。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電磁波屏蔽
，尤其涉及一種電磁屏蔽性能可調的聚合物導電薄膜及其制備方法。
技術介紹
電磁波干擾是指有害的電磁波使電子器件的正常功能受到干擾或引起障礙的現象，簡稱EMI(electromagneticinterference)，泛指無線電波、磁波、光波、太陽黑子和其它一些來自空間的自然干擾。隨著現代電子工業的快速發展，各種無線通信系統和高頻電子器件數量的急劇增加，導致了電磁干擾現象的增多和電磁污染問題的日漸突出。一方面，電磁輻射會對周圍的電子儀器設備造成嚴重干擾，使它們的工作程序發生紊亂，產生錯誤動作；并且，電磁波輻射會造成信息泄露，使計算機等儀器的信息安全受到嚴重的影響。現在發現電磁輻射不僅對電子器件有干擾，對人體也會產生危害。癌癥、白血病等疾病發病率的提高與電磁輻射的增加有一定的關系。目前，國際組織及各國政府、科研界等對如何預防電磁波干擾給予了高度重視，并制定了嚴格的法規來限制電磁波輻射容量。因此，探索高效電磁屏蔽材料，防止電磁輻射污染以保護環境和人體健康，已成為迫切需要解決的問題。在過去，最常用的屏蔽材料是金屬基材料，多為將Cu、Ag、Fe、Ni等金屬材料或鐵氧體粉末，分散在聚合物如硅橡膠、聚碳酸酯或環氧樹脂等基體材料中得到的。金屬基材料具有較高的電導率和優良的力學性能，但其密度大，易腐蝕、不易加工，局限性較大。近年來，聚合物導電復合材料由于具有質輕、易加工、耐化學腐蝕和寬頻吸波等有點，在用于電磁屏蔽方面有其獨特的優勢，已成為一種極具潛力的新型電磁屏蔽材料。導電碳納米填料因其優異的電導率或較大的長徑比和，近年來廣泛應用于聚合物復合材料中以提高材料的電性能，拓展其在電磁屏蔽領域的應用。通常地，薄的有效厚度、優異的機械柔性以及強度對于聚合物導電復合電磁屏蔽材料來說很重要，但是目前制備具有優異的機械柔性以及強度的聚合物導電薄膜材料還具有一定的困難，這是因為聚合物導電薄膜材料想要具有理想的屏蔽效能就需要很高的碳納米填料填充量，但是由于碳納米填料的團聚以及差的界面相容性，較高碳納米填料含量會大大增加聚合物導電薄膜材料的機械脆性。另一方面，對于聚合物導電復合材料來說，調節其電磁屏蔽性能主要是通過改變導電碳納米填料含量或者樣品厚度來實現的，但是這些方法比較不方便。因此，制備高強度柔性聚合物導電薄膜材料并探索新的方法來實現聚合物導電薄膜材料的電磁屏蔽性能的有效調節具有實際且重要的意義。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種電磁屏蔽性能可調的聚合物導電薄膜及其制備方法，利用該方法可以制備具有高強度柔性的聚合物導電薄膜材料，并實現電磁屏蔽性能的有效調控；同時該方法步驟簡單，操作方便，為制備電磁屏蔽性能可調的高強度柔性導電薄膜材料提供了一種新的思路。一種電磁屏蔽性能可調的聚合物導電薄膜的制備方法，包括：將導電碳納米填料和聚合物顆粒分散于溶劑中制備得復合分散液，將所述復合分散液涂刷到增強夾層的兩面，烘干后在增強夾層的兩面形成導電涂層，進行鋸齒形折疊后得到具有鋸齒結構的聚合物導電薄膜。所述導電碳納米填料為導電碳黑、納米碳管和石墨烯中的至少一種。所述聚合物為熱塑性聚氨酯或水性聚氨酯。選擇熱塑性聚氨酯或水性聚氨酯作為聚合物基體能在耐受很高的導電碳納米填料含量的同時保持一定的機械柔性。所述溶劑為水、N-甲基吡咯烷酮、二甲亞砜、吡啶、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。所述導電碳納米填料和聚合物顆粒的質量比為1:1～9。作為優選，所述導電碳納米填料和聚合物顆粒的質量比為1:3～5。所述導電碳納米填料的含量過低，則所制備得到的聚合物導電薄膜的導電率過低，材料的電磁屏蔽性能較差；所述導電碳納米填料的含量過高，則填料容易發生團聚，增加聚合物導電薄膜材料的機械脆性。所述復合分散液的粘度為200～800mPa·s。所述增強夾層為聚酯型無紡布或聚酰亞胺薄膜，所述增強夾層的厚度為10～200微米。在所述聚合物導電薄膜中引入一個增強夾層，可以在保持薄膜柔性的基礎上大大提升材料的機械強度。所述導電涂層的厚度為10～100微米。本專利技術還提供了一種電磁屏蔽性能可調的聚合物導電薄膜，所述聚合物導電薄膜由上述的方法制備得到。所述鋸齒形折疊形成的鋸齒邊長為1～50毫米，通過對折疊后形成的鋸齒結構進行拉伸或壓縮來實現鋸齒夾角在180～0度之間改變。作為優選，所述鋸齒形折疊形成的鋸齒邊長為10～45毫米，通過簡單的改變鋸齒夾角調節電磁屏蔽過程中電磁波多重反射衰減大小，實現最終聚合物導電薄膜電磁屏蔽性能的有效調控；其中電磁屏蔽性能調節的范圍大小可以通過改變鋸齒形的鋸齒邊長來實現。所述聚合物導電薄膜具有很好的拉伸強度以及柔性，其中拉伸強度大于50MPa，并且經受1000次以上的反復對折而不斷裂。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：本專利技術方法制備得到的聚合物導電薄膜材料，具有良好的電磁屏蔽性能以及良好的機械性能和柔性。首先，選擇熱塑性聚氨酯或水性聚氨酯作為聚合物基體是因為它們可以耐受很高的導電碳納米填料含量的同時保持一定的機械柔性，但過高的填料含量會使得最終的聚合物導電薄膜變脆，從而使得強度過低；在聚合物導電薄膜中引入一個增強夾層，可以在保持薄膜柔性的基礎上大大提升材料的機械強度。其次，通過對聚合物導電薄膜的鋸齒結構進行簡單的拉伸或壓縮就可以實現鋸齒夾角的改變，成功調節最終材料的電磁屏蔽性能，為調節材料電磁屏蔽性能提出了全新的方法和途徑。附圖說明圖1為本專利技術實施例1制備得到的具有鋸齒結構的聚合物導電薄膜的光學照片，其中，L為鋸齒邊長；圖2為本專利技術實施例1～3制備得到的聚合物導電薄膜在C波段(頻率為5.38-8.17GHz)上的電磁屏蔽效能圖；其中，A為固定鋸齒邊長L為15毫米，改變鋸齒夾角角度情況下材料屏蔽效能的變化；B為固定鋸齒邊長L為10毫米，改變鋸齒夾角角度情況下材料屏蔽效能的變化；C為固定鋸齒邊長L為5毫米，改變鋸齒夾角角度情況下材料屏蔽效能的變化。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進行具體描述，所述的實施例只是對本專利技術的權利要求的具體描述，權利要求包括但不限于所述的實施例內容。實施例1將3g石墨烯和12g熱塑性聚氨酯(TPU)以質量比為1:4加入到120mL的N,N-二甲基甲酰胺中，通過溶液共混的方式制備得到石墨烯含量為20wt％的TPU/石墨烯復合分散液，復合分散液的粘度為383mPa·s；將上述TPU/石墨烯復合分散液用刷子刷涂于厚度為100微米的聚酯型無紡布的兩面，烘干溶劑后得到導電涂層厚度為25微米的聚合物/石墨烯導電薄膜。上述薄膜拉伸強度為60MPa，經過反復1000次反復對折不斷裂。將上述聚合物/石墨烯導電薄膜進行鋸齒形折疊，得到具有鋸齒結構的聚合物導電薄膜，折疊后的光學照片如圖1所示，其中鋸齒邊長L為15毫米，通過對折疊后形成的鋸齒結構進行拉伸或壓縮來實現鋸齒夾角在180～0度之間改變，以C波段(頻率為5.38～8.17GHz)進行電磁屏蔽效能測試，其結果如圖2A所示。結果表明：通過簡單拉伸或壓縮聚合物導電薄膜的鋸齒結構來改變鋸齒夾角可以調節材料的電磁屏蔽效能，其中鋸齒夾角在180度到33.7度之間變化時，材料的平均電磁屏蔽效能在16.0dB到44.9dB之間變化。實施例2與實施例1相比，其本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電磁屏蔽性能可調的聚合物導電薄膜的制備方法，其特征在于，包括：將導電碳納米填料和聚合物顆粒分散于溶劑中制備得復合分散液，將所述復合分散液涂刷到增強夾層的兩面，烘干后在增強夾層的兩面形成導電涂層，進行鋸齒形折疊后得到具有鋸齒結構的聚合物導電薄膜。

【技術特征摘要】
1.一種電磁屏蔽性能可調的聚合物導電薄膜的制備方法，其特征在于，包括：將導電碳納米填料和聚合物顆粒分散于溶劑中制備得復合分散液，將所述復合分散液涂刷到增強夾層的兩面，烘干后在增強夾層的兩面形成導電涂層，進行鋸齒形折疊后得到具有鋸齒結構的聚合物導電薄膜。2.根據權利要求1所述的電磁屏蔽性能可調的聚合物導電薄膜的制備方法，其特征在于，所述導電碳納米填料為導電碳黑、納米碳管和石墨烯中的至少一種。3.根據權利要求1所述的電磁屏蔽性能可調的聚合物導電薄膜的制備方法，其特征在于，所述聚合物為熱塑性聚氨酯或水性聚氨酯。4.根據權利要求1所述的電磁屏蔽性能可調的聚合物導電薄膜的制備方法，其特征在于，所述導電碳納米填料和聚合物顆粒的質量比為1:1～9。5.根據權利要求1所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈斌，鄭文革，李洋，藍小琴，
申請(專利權)人：中國科學院寧波材料技術與工程研究所，
類型：發明
國別省市：浙江;33