一种基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料的制备方法，包括利用纤维素纳米线悬浮液为原料，与有机硅烷偶联剂和多巴胺进行三重交联，利用多巴胺上含有的丰富的邻苯二酚和氨基基团螯合银离子并将其原位还原成银种，在接触化学镀溶液的情况下，和还原剂葡萄糖作用下，银粒子在银种上开始生长，最后在多孔材料表面形成一层均匀而牢固的金属银涂层。本发明专利技术在葡萄糖的作用下，在聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料表面形成一层均匀的金属银涂层且不会破坏其开孔结构，经实验证明为优异的电磁波吸收材料，以减轻二次电磁污染，满足电磁防护的需求并在特殊领域有巨大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料的制备方法
本专利技术属于电磁屏蔽领域，特别涉及一种基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料的制备方法。
技术介绍
近年来，由于科学技术的高速发展带动了电子产业的迅猛发展，在给我们带来巨大便利的同时，其产生的电磁波也影响了电子设备的正常运转，甚至威胁到了人类健康，因此，发展并成功制备出一种高效电磁屏蔽多孔材料迫在眉睫。理想的电磁屏蔽材料需满足两个技术关键点：一、作为屏蔽材料，其必须具有高效电磁屏蔽效率才能最大程度屏蔽电磁波，且屏蔽原理需是以吸收电磁波为主，以减轻二次电磁辐射污染；二、该屏蔽材料需具备超轻，低密度的特点，这在特殊领域譬如军事，太空领域将发挥至关重要的作用。多孔材料，一种具有高孔隙率、开孔结构、超轻密度和高气体容量使其成为一种有效的减少电磁屏蔽材料密度的材料并引起了许多科研工作者的广泛关注，其高比表面积和开孔结构能实现有效的电磁屏蔽，且内部的空气能减少信号传递到空气中和屏蔽材料内部的波阻抗不匹配，这是导致电磁波在材料表面反射的主要原因。纤维素，作为一种生态友好，资源丰富，易于改性的特点，是继无机和有机聚合物为原料制备多孔材料的第三代新型多孔材料基材，有科研工作者通过溶解纤维素并掺杂碳纳米管，石墨烯等导电填料制备出一种稳定的悬浮液并经过冷冻干燥技术获得了超轻的电磁屏蔽多孔材料，虽然有一定的屏蔽效果，但是并不能达到高效电磁屏蔽，且随着导电填料用量的提高，材料的密度也会增加，达不到超轻，密度小的效果，因此应用范围大幅缩小。化学镀，由于其操作简单，无需特殊设备，能量消耗少，成为一种环境友好型的操作方法，其几乎能在任何基材表面形成一层均匀的金属涂层，其高导电率能使其成为高效电磁屏蔽多孔材料。有人利用化学镀技术成功在三聚氰胺多孔材料表面进行金属银镀层，且获得了极高的电导率并应用于电磁屏蔽达到了理想的屏蔽效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料的制备方法，该方法在葡萄糖的作用下，在聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料表面形成一层均匀的金属银涂层且不会破坏其开孔结构，经实验证明为优异的以吸收电磁波为主的电磁波屏蔽材料，且屏蔽原理以电磁波吸收为主，以减轻二次电磁污染，满足电磁防护的需求并在特殊领域如军事航空领域有巨大的应用前景。本专利技术提供了一种基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料的制备方法，包括：(1)将盐酸多巴胺加入到纤维素纳米线悬浮液中，调节pH至8-9，搅拌，再加入硅烷偶联剂继续搅拌，随后放置到液氮中形成冷冻的凝胶，经冷冻干燥和焙烘后得到聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料；其中，盐酸多巴胺、纤维素悬浮液、硅烷偶联剂的固含比为1-2:9-10:9-10；(2)将聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料水洗后放置到硝酸银溶液中，反应后得到带有银种的纤维素基多孔材料；(3)将带有银种的纤维素基多孔材料放置到银氨溶液中，搅拌状态下加入还原剂溶液，反应后得到基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料。所述步骤(1)中的纤维素纳米悬浮液的固含量为1.0-1.5wt％。所述步骤(1)中的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷KH560或乙烯基三甲氧基硅烷KH171。所述步骤(1)中调节pH采用三(羟甲基)氨基甲烷-盐酸Tris-HCl缓冲液调节。所述步骤(1)中的液氮冷冻时间为3-10min；冷冻干燥时间为24-48h；焙烘温度为80-120℃，焙烘时间为20-35min。优选焙烘温度为110℃，焙烘时间为30min。所述步骤(2)中的硝酸银溶液的浓度为10-30g/L，优选10g/L。所述步骤(2)中的反应温度为25-35℃，反应时间为8-12h。优选反应温度为30℃，反应时间为8h。所述步骤(3)中的银氨溶液由10g/L的硝酸银与25％氨水复配而成。所述步骤(3)中的还原剂溶液由浓度为30g/L的葡萄糖和4g/L的DL-酒石酸组成。所述步骤(3)中的反应温度为30-50℃，反应时间为15-120min。优选反应温度为40℃。所得到基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料冷冻干燥后，进行电磁屏蔽效果测试。电磁屏蔽效果测试使用矢量网络分析仪进行测试，频率范围为10-1500MHz，样品直径为12-13cm，厚度为2-4mm，通过测试不同化学镀时间的多孔材料，来获得其电磁屏蔽效率。本专利技术以未经改性的纳米纤维素悬浮液为原料，通过硅烷的水解产生硅羟基与纤维素进行交联，并且在此过程中加入多巴胺，通过三(羟甲基)氨基甲烷-盐(Tris-HCl)缓冲液调节pH至8-9，使多巴胺发生充分自聚合而形成聚多巴胺，利用聚多巴胺几乎能沉积于任何基质表面和表面丰富的儿茶萘酚，氨基等功能基团与纤维素和硅烷形成三维交联，再经过冷冻干燥的方法，将悬浮液冻干，去除溶剂后而形成聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料。为了获得优良的导电性和高效电磁屏蔽性能，且为了增强金属颗粒与基材之间的粘附力以形成均匀牢固的金属涂层，利用多巴胺上丰富的儿茶萘酚和氨基等功能性基团对金属离子极强的螯合能力，将金属离子如银离子还原成银粒子，且该粒子在接触到化学镀溶液时可作为银层生长的种子，在葡萄糖的作用下，在聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料表面形成一层均匀的金属银涂层且不会破坏其开孔结构，且该材料经实验证明为优异的电磁波吸收材料，不会造成二次电磁污染，满足电磁防护的需求并在特殊领域有巨大的应用前景。有益效果本专利技术在葡萄糖的作用下，在聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料表面形成一层均匀的金属银涂层且不会破坏其开孔结构，经实验证明为优异的以吸收电磁波为主的电磁波屏蔽材料(屏蔽总值能达80dB以上，最高达到了121.2dB)，且屏蔽原理以电磁波吸收为主，不会造成二次电磁污染，满足电磁防护的需求并在特殊领域如军事航空领域有巨大的应用前景。附图说明图1为本专利技术的制备工艺流程示意图；图2为实施例4步骤(1)制备的(a)有机硅烷修饰的纤维素基多孔材料；(b)聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料；实施例4步骤(2)制备的聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料在接上银种子(c)放大前和(d)放大后；实施例4步骤(3)制备的化学镀银后(e)表面及(f)内部的用于电磁屏蔽多孔材料的扫描电镜照片；图3为实施例4步骤(1)制备的聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料(PDA@CNFs)和实施例4步骤(3)制备的化学镀银后的用于电磁屏蔽多孔材料(Ag@PDA@CNFs)的氮气吸附/解吸曲线；图4分别为实施例1制备的在化学镀时间为(a)15min,实施例2制备的在化学镀时间为(b)60min,实施例3制备的在化学镀时间为(c)90min,实施例4制备的在化学镀时间为(d)120min的化学镀银后的用于电磁屏蔽多孔材料(Ag@PDA@CNFs)的电磁屏蔽曲线，其中SEtotal代表屏蔽总值，SER代表由反射引起的屏蔽值，SEabs代表由吸收引起的屏蔽值。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)聚多巴胺修饰的纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料的制备方法，包括：(1)将盐酸多巴胺加入到纤维素纳米线悬浮液中，调节pH至8‑9，搅拌，再加入硅烷偶联剂继续搅拌，随后放置到液氮中形成冷冻的凝胶，经冷冻干燥和焙烘后得到聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料；其中，盐酸多巴胺、纤维素悬浮液、硅烷偶联剂的固含比为1‑2:9‑10:9‑10；(2)将聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料水洗后放置到硝酸银溶液中，反应后得到带有银种的纤维素基多孔材料；(3)将带有银种的纤维素基多孔材料放置到银氨溶液中，搅拌状态下加入还原剂溶液，反应后得到基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料的制备方法，包括：(1)将盐酸多巴胺加入到纤维素纳米线悬浮液中，调节pH至8-9，搅拌，再加入硅烷偶联剂继续搅拌，随后放置到液氮中形成冷冻的凝胶，经冷冻干燥和焙烘后得到聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料；其中，盐酸多巴胺、纤维素悬浮液、硅烷偶联剂的固含比为1-2:9-10:9-10；(2)将聚多巴胺修饰的纤维素基多孔材料水洗后放置到硝酸银溶液中，反应后得到带有银种的纤维素基多孔材料；(3)将带有银种的纤维素基多孔材料放置到银氨溶液中，搅拌状态下加入还原剂溶液，反应后得到基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料。2.根据权利要求1所述的一种基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的纤维素纳米悬浮液的固含量为1.0-1.5wt％。3.根据权利要求1所述的一种基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷KH560或乙烯基三甲氧基硅烷KH171。4.根据权利要求1所述的一种基于纳米纤维素的高效电磁屏蔽多孔材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中调节pH采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋晓锋，武丽萍，李营战，王碧佳，毛志平，徐红，张琳萍，钟毅，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31