一种碳纤维布-纳米铜复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于复合材料领域，公开了一种碳纤维布‑纳米铜复合材料及其制备方法和应用。将碳纤维布经预处理，然后向预处理后的碳纤维布表面同时喷涂含铜溶液和还原溶液，干燥后得到碳纤维布‑纳米铜复合材料。本发明专利技术在碳纤维布表面喷涂纳米铜的制备方法工艺简单，易于实现，与传统碳纤维化学镀铜或磁控溅射工艺相比，成本低，适合批量生产。所得碳纤维布‑纳米铜复合材料吸波性能优异，覆铜均匀，导电性好，耐弯折性能好。同时克服了传统金属材料的柔韧性差、重量大、生产成本高、易腐蚀等缺点。可作为性能优异的电磁屏蔽材料应用。

A Carbon Fiber Cloth-Nano-Copper Composite Material and Its Preparation Method and Application

The invention belongs to the field of composite materials, and discloses a carbon fiber cloth nano-copper composite material, its preparation method and application. Carbon fiber cloth was pretreated, then copper-containing solution and reduction solution were sprayed on the surface of the pretreated carbon fiber cloth at the same time. After drying, carbon fiber cloth nano-copper composite was obtained. The preparation method of spraying nano-copper on the surface of carbon fiber cloth is simple and easy to realize. Compared with the traditional electroless copper plating or magnetron sputtering process of carbon fiber, the method has low cost and is suitable for mass production. The obtained carbon fiber cloth nano-copper composite has excellent absorbing property, uniform copper cladding, good conductivity and bending resistance. At the same time, it overcomes the shortcomings of traditional metal materials, such as poor flexibility, heavy weight, high production cost and easy corrosion. It can be used as electromagnetic shielding material with excellent performance.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维布-纳米铜复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种碳纤维布-纳米铜复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着科技的快速发展，互联网+、人工智能、大数据已经涉及到社会的各个领域。柔性电子、可穿戴设备以及植入式生物医学系统的广泛应用，一方面给人类的生活带来诸多便利；另一方面由于电子设备及系统的使用增多，电磁波的电磁辐射量急剧增加，带来了一系列的社会问题及环境问题，如电磁干扰、电磁信息泄密以及电磁辐射能量对人类健康造成的危害等。目前采用的电磁屏蔽材料主要为金属及其复合材料，将其制作为金属壳体、金属网、发泡金属、金属涂料等，覆盖或涂覆在所需防护的设备上。但是由于金属具有密度大、易腐蚀、难加工、屏蔽性能不易调节以及高频时吸波性能差等缺点，在某些条件下，电磁屏蔽材料内部会产生电磁紊乱，对设备的内部元器件造成干扰，从而造成设备的损坏，严重限制了金属在电磁屏蔽中的使用。因此迫切需要一种高柔韧性、耐腐蚀、易加工、成本低及吸波性好的材料应用于电磁屏蔽领域。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种碳纤维布-纳米铜复合材料的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的碳纤维布-纳米铜复合材料。本专利技术的再一目的在于提供上述碳纤维布-纳米铜复合材料作为电磁屏蔽材料的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种碳纤维布-纳米铜复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：将碳纤维布经预处理，然后向预处理后的碳纤维布表面同时喷涂含铜溶液和还原溶液，干燥后得到碳纤维布-纳米铜复合材料。进一步地，所述含铜溶液为含有五水合硫酸铜、酒石酸钾钠和氢氧化钠的水溶液。进一步地，所述含铜溶液中五水合硫酸铜的浓度为10～40g/L，酒石酸钾钠的浓度为60～100g/L，氢氧化钠的浓度为20～40g/L。进一步地，所述还原溶液为硼氢化钠溶液。进一步地，所述还原溶液中硼氢化钠的浓度为10～50g/L。进一步地，所述喷涂条件为：喷涂距离10～20cm，含铜溶液温度30～60℃。进一步地，所述干燥是指在30～50℃的真空干燥箱中干燥10～20h。进一步地，所述预处理是指依次经去胶处理、粗化处理、敏化处理和活化处理。进一步地，所述去胶处理是指在200～450℃温度下灼烧2～4h进行去胶处理；所述粗化处理是指在由重铬酸钾、硫酸和水配制的粗化液中浸泡处理；所述敏化处理是指在由氯化亚锡、盐酸和水配制的敏化液中浸泡处理；所述活化处理是指在由氯化钯、盐酸和水配制的活化液中浸泡处理。进一步地，所述粗化液中重铬酸钾的浓度为15～30g/L，硫酸是指98wt.％的硫酸，98wt.％的硫酸的浓度为80～150ml/L；所述敏化液中氯化亚锡的浓度为3～20g/L，盐酸是指37wt.％的盐酸，37wt.％的盐酸的浓度为20～80ml/L；所述活化液中氯化钯的浓度为0.05～0.2g/L，盐酸是指37wt.％的盐酸，37wt.％的盐酸的浓度为0.8～2ml/L。进一步地，所述粗化液中浸泡处理的时间为5～30min，浸泡处理温度为20～50℃，浸泡处理后采用去离子水清洗；所述敏化液中浸泡处理的时间为10～20min，浸泡处理后采用去离子水清洗；所述活化液中浸泡处理的时间为10～20min，浸泡处理后采用去离子水清洗。一种碳纤维布-纳米铜复合材料，通过上述方法制备得到。上述碳纤维布-纳米铜复合材料作为电磁屏蔽材料的应用。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术在碳纤维布表面喷涂纳米铜的制备方法工艺简单，易于实现，与传统碳纤维化学镀铜或磁控溅射工艺相比，成本低，适合批量生产。(2)所得碳纤维布-纳米铜复合材料吸波性能优异，覆铜均匀，导电性好，耐弯折性能好。同时克服了传统金属材料的柔韧性差、重量大、生产成本高、易腐蚀等缺点。可作为性能优异的电磁屏蔽材料应用。(3)本专利技术所得碳纤维布-纳米铜复合材料具有轻质、超薄、柔韧性好的特点。附图说明图1和图2分别为实施例1中原始碳纤维编织布和所得碳纤维布-纳米铜复合材料的XRD成分分析图。图3和图4分别为实施例1中原始碳纤维编织布和所得碳纤维布-纳米铜复合材料的SEM形貌分析图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例的一种碳纤维布-纳米铜复合材料，通过如下方法制备得到：(1)碳纤维编织布去胶处理将碳纤维编织布放入马弗炉里进行去胶处理，加热温度为200℃，加热时间为2h，取出后放入无水乙醇中，超声波清洗5min，取出后用去离子水清洗吹干。(2)碳纤维编织布粗化处理将步骤(1)中得到的碳纤维编织布放入粗化液中浸泡15min，温度为40℃；取出后用去离子水冲洗吹干待用；粗化液为重铬酸钾浓度为20g/L，98wt.％硫酸的浓度为100ml/L的水溶液。(3)碳纤维编织布敏化处理将步骤(2)中粗化处理的碳纤维编织布放入氯化亚锡的浓度为10g/L、37wt.％的盐酸的浓度为50ml/L的水溶液中，浸泡时间为15min，取出后用去离子水清洗吹干待用。(4)碳纤维编织布活化处理将步骤(3)敏化处理的碳纤维编织布放入氯化钯的浓度为0.1g/L、37wt.％的盐酸的浓度为1ml/L的活化液中浸泡15分钟，取出后用去离子水清洗吹干待用。(5)碳纤维编织布表面喷涂铜处理将步骤(4)处理过的碳纤维编织布固定在喷涂装置上，然后在距离碳纤维布10cm的位置处，利用喷壶每隔10s正反两面分别喷涂含铜溶液和还原溶液10次，还原溶液为硼氢化钠浓度为20g/L的水溶液，含铜溶液为五水合硫酸铜浓度为30g/L、酒石酸钾钠浓度为70g/L、氢氧化钠浓度为25g/L的水溶液，含铜溶液温度为40℃。正反两面总共喷涂次数为60次，取出后用去离子水清洗，放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为35℃，烘干时间为10h，得到碳纤维布-纳米铜复合材料。对制备的碳纤维布-纳米铜复合材料进行如下表征：(1)成分分析：利用X射线衍射仪(XRD)对样品表面进行成分分析，原始碳纤维编织布和所得碳纤维布-纳米铜复合材料的XRD图分别如图1和图2所示。图2可见出现了铜的特征峰，同时出现了Cu2O的特征峰，说明利用双组分喷涂法获得金属涂层为覆铜层，同时产生了少量的Cu2O。(2)形貌分析：原始碳纤维编织布和所得碳纤维布-纳米铜复合材料的SEM形貌分析图分别如图3和图4所示。图4可见通过喷涂法获得的覆铜层为纳米铜，且覆铜层致密、结构均匀、性能良好，碳纤维编织布与覆铜层附着牢固。(3)电磁屏蔽性能测试：在30MHz～1500MHz频率范围内进行了测试，其有效屏蔽效能达到了55dB以上。可作为性能优异的电磁屏蔽材料应用。实施例2本实施例的一种碳纤维布-纳米铜复合材料，通过如下方法制备得到：(1)碳纤维编织布去胶处理将碳纤维编织布放入马弗炉里进行去胶处理，加热温度为250℃，加热时间为2.5h，取出后放入无水乙醇中，超声波清洗5min，取出后用去离子水清洗吹干。(2)碳纤维编织布粗化处理将步骤(1)中得到的碳纤维编织布放入粗化液中浸泡20min，温度为45℃；取出后用去离子水冲洗吹干待用；粗化液为重铬酸钾浓度为25g/L，98wt.％硫酸的浓度为110ml/L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维布‑纳米铜复合材料的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：将碳纤维布经预处理，然后向预处理后的碳纤维布表面同时喷涂含铜溶液和还原溶液，干燥后得到碳纤维布‑纳米铜复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维布-纳米铜复合材料的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：将碳纤维布经预处理，然后向预处理后的碳纤维布表面同时喷涂含铜溶液和还原溶液，干燥后得到碳纤维布-纳米铜复合材料。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维布-纳米铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述含铜溶液为含有五水合硫酸铜、酒石酸钾钠和氢氧化钠的水溶液；含铜溶液中五水合硫酸铜的浓度为10～40g/L，酒石酸钾钠的浓度为60～100g/L，氢氧化钠的浓度为20～40g/L。3.根据权利要求1所述的一种碳纤维布-纳米铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述还原溶液为硼氢化钠溶液；还原溶液中硼氢化钠的浓度为10～50g/L。4.根据权利要求1所述的一种碳纤维布-纳米铜复合材料的制备方法，其特征在于所述喷涂条件为：喷涂距离10～20cm，含铜溶液温度30～60℃。5.根据权利要求1所述的一种碳纤维布-纳米铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述干燥是指在30～50℃的真空干燥箱中干燥10～20h。6.根据权利要求1所述的一种碳纤维布-纳米铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述预处理是指依次经去胶处理、粗化处理、敏化处理和活化处理。7.根据权利要求6所述的一种碳纤维布-纳米铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述去胶处...

【专利技术属性】
技术研发人员：康志新，刘传运，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44