一种电磁屏蔽性能可调的聚合物导电薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种电磁屏蔽性能可调的聚合物导电薄膜及其制备方法，所述聚合物导电薄膜材料具有夹层结构，由增强夹层以及导电涂层组成，具有优异的强度以及柔性；通过对聚合物导电薄膜材料进行锯齿形折叠，并对锯齿结构进行简单的拉伸或压缩来改变锯齿夹角的大小，就能改变最终材料的电磁屏蔽效能，从而实现电磁屏蔽性能的有效调控，可以应用于需要对电磁波衰减程度进行简单且有效控制的领域或器件中。本发明专利技术方法步骤简单，操作方便，为制备电磁屏蔽性能可调的高强度柔性聚合物导电薄膜材料提供了一种新的思路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电磁波屏蔽
，尤其涉及一种电磁屏蔽性能可调的聚合物导电薄膜及其制备方法。
技术介绍
电磁波干扰是指有害的电磁波使电子器件的正常功能受到干扰或引起障碍的现象，简称EMI(electromagneticinterference)，泛指无线电波、磁波、光波、太阳黑子和其它一些来自空间的自然干扰。随着现代电子工业的快速发展，各种无线通信系统和高频电子器件数量的急剧增加，导致了电磁干扰现象的增多和电磁污染问题的日渐突出。一方面，电磁辐射会对周围的电子仪器设备造成严重干扰，使它们的工作程序发生紊乱，产生错误动作；并且，电磁波辐射会造成信息泄露，使计算机等仪器的信息安全受到严重的影响。现在发现电磁辐射不仅对电子器件有干扰，对人体也会产生危害。癌症、白血病等疾病发病率的提高与电磁辐射的增加有一定的关系。目前，国际组织及各国政府、科研界等对如何预防电磁波干扰给予了高度重视，并制定了严格的法规来限制电磁波辐射容量。因此，探索高效电磁屏蔽材料，防止电磁辐射污染以保护环境和人体健康，已成为迫切需要解决的问题。在过去，最常用的屏蔽材料是金属基材料，多为将Cu、Ag、Fe、Ni等金属材料或铁氧体粉末，分散在聚合物如硅橡胶、聚碳酸酯或环氧树脂等基体材料中得到的。金属基材料具有较高的电导率和优良的力学性能，但其密度大，易腐蚀、不易加工，局限性较大。近年来，聚合物导电复合材料由于具有质轻、易加工、耐化学腐蚀和宽频吸波等有点，在用于电磁屏蔽方面有其独特的优势，已成为一种极具潜力的新型电磁屏蔽材料。导电碳纳米填料因其优异的电导率或较大的长径比和，近年来广泛应用于聚合物复合材料中以提高材料的电性能，拓展其在电磁屏蔽领域的应用。通常地，薄的有效厚度、优异的机械柔性以及强度对于聚合物导电复合电磁屏蔽材料来说很重要，但是目前制备具有优异的机械柔性以及强度的聚合物导电薄膜材料还具有一定的困难，这是因为聚合物导电薄膜材料想要具有理想的屏蔽效能就需要很高的碳纳米填料填充量，但是由于碳纳米填料的团聚以及差的界面相容性，较高碳纳米填料含量会大大增加聚合物导电薄膜材料的机械脆性。另一方面，对于聚合物导电复合材料来说，调节其电磁屏蔽性能主要是通过改变导电碳纳米填料含量或者样品厚度来实现的，但是这些方法比较不方便。因此，制备高强度柔性聚合物导电薄膜材料并探索新的方法来实现聚合物导电薄膜材料的电磁屏蔽性能的有效调节具有实际且重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电磁屏蔽性能可调的聚合物导电薄膜及其制备方法，利用该方法可以制备具有高强度柔性的聚合物导电薄膜材料，并实现电磁屏蔽性能的有效调控；同时该方法步骤简单，操作方便，为制备电磁屏蔽性能可调的高强度柔性导电薄膜材料提供了一种新的思路。一种电磁屏蔽性能可调的聚合物导电薄膜的制备方法，包括：将导电碳纳米填料和聚合物颗粒分散于溶剂中制备得复合分散液，将所述复合分散液涂刷到增强夹层的两面，烘干后在增强夹层的两面形成导电涂层，进行锯齿形折叠后得到具有锯齿结构的聚合物导电薄膜。所述导电碳纳米填料为导电碳黑、纳米碳管和石墨烯中的至少一种。所述聚合物为热塑性聚氨酯或水性聚氨酯。选择热塑性聚氨酯或水性聚氨酯作为聚合物基体能在耐受很高的导电碳纳米填料含量的同时保持一定的机械柔性。所述溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、吡啶、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。所述导电碳纳米填料和聚合物颗粒的质量比为1:1～9。作为优选，所述导电碳纳米填料和聚合物颗粒的质量比为1:3～5。所述导电碳纳米填料的含量过低，则所制备得到的聚合物导电薄膜的导电率过低，材料的电磁屏蔽性能较差；所述导电碳纳米填料的含量过高，则填料容易发生团聚，增加聚合物导电薄膜材料的机械脆性。所述复合分散液的粘度为200～800mPa·s。所述增强夹层为聚酯型无纺布或聚酰亚胺薄膜，所述增强夹层的厚度为10～200微米。在所述聚合物导电薄膜中引入一个增强夹层，可以在保持薄膜柔性的基础上大大提升材料的机械强度。所述导电涂层的厚度为10～100微米。本专利技术还提供了一种电磁屏蔽性能可调的聚合物导电薄膜，所述聚合物导电薄膜由上述的方法制备得到。所述锯齿形折叠形成的锯齿边长为1～50毫米，通过对折叠后形成的锯齿结构进行拉伸或压缩来实现锯齿夹角在180～0度之间改变。作为优选，所述锯齿形折叠形成的锯齿边长为10～45毫米，通过简单的改变锯齿夹角调节电磁屏蔽过程中电磁波多重反射衰减大小，实现最终聚合物导电薄膜电磁屏蔽性能的有效调控；其中电磁屏蔽性能调节的范围大小可以通过改变锯齿形的锯齿边长来实现。所述聚合物导电薄膜具有很好的拉伸强度以及柔性，其中拉伸强度大于50MPa，并且经受1000次以上的反复对折而不断裂。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术方法制备得到的聚合物导电薄膜材料，具有良好的电磁屏蔽性能以及良好的机械性能和柔性。首先，选择热塑性聚氨酯或水性聚氨酯作为聚合物基体是因为它们可以耐受很高的导电碳纳米填料含量的同时保持一定的机械柔性，但过高的填料含量会使得最终的聚合物导电薄膜变脆，从而使得强度过低；在聚合物导电薄膜中引入一个增强夹层，可以在保持薄膜柔性的基础上大大提升材料的机械强度。其次，通过对聚合物导电薄膜的锯齿结构进行简单的拉伸或压缩就可以实现锯齿夹角的改变，成功调节最终材料的电磁屏蔽性能，为调节材料电磁屏蔽性能提出了全新的方法和途径。附图说明图1为本专利技术实施例1制备得到的具有锯齿结构的聚合物导电薄膜的光学照片，其中，L为锯齿边长；图2为本专利技术实施例1～3制备得到的聚合物导电薄膜在C波段(频率为5.38-8.17GHz)上的电磁屏蔽效能图；其中，A为固定锯齿边长L为15毫米，改变锯齿夹角角度情况下材料屏蔽效能的变化；B为固定锯齿边长L为10毫米，改变锯齿夹角角度情况下材料屏蔽效能的变化；C为固定锯齿边长L为5毫米，改变锯齿夹角角度情况下材料屏蔽效能的变化。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行具体描述，所述的实施例只是对本专利技术的权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。实施例1将3g石墨烯和12g热塑性聚氨酯(TPU)以质量比为1:4加入到120mL的N,N-二甲基甲酰胺中，通过溶液共混的方式制备得到石墨烯含量为20wt％的TPU/石墨烯复合分散液，复合分散液的粘度为383mPa·s；将上述TPU/石墨烯复合分散液用刷子刷涂于厚度为100微米的聚酯型无纺布的两面，烘干溶剂后得到导电涂层厚度为25微米的聚合物/石墨烯导电薄膜。上述薄膜拉伸强度为60MPa，经过反复1000次反复对折不断裂。将上述聚合物/石墨烯导电薄膜进行锯齿形折叠，得到具有锯齿结构的聚合物导电薄膜，折叠后的光学照片如图1所示，其中锯齿边长L为15毫米，通过对折叠后形成的锯齿结构进行拉伸或压缩来实现锯齿夹角在180～0度之间改变，以C波段(频率为5.38～8.17GHz)进行电磁屏蔽效能测试，其结果如图2A所示。结果表明：通过简单拉伸或压缩聚合物导电薄膜的锯齿结构来改变锯齿夹角可以调节材料的电磁屏蔽效能，其中锯齿夹角在180度到33.7度之间变化时，材料的平均电磁屏蔽效能在16.0dB到44.9dB之间变化。实施例2与实施例1相比，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁屏蔽性能可调的聚合物导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括：将导电碳纳米填料和聚合物颗粒分散于溶剂中制备得复合分散液，将所述复合分散液涂刷到增强夹层的两面，烘干后在增强夹层的两面形成导电涂层，进行锯齿形折叠后得到具有锯齿结构的聚合物导电薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种电磁屏蔽性能可调的聚合物导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括：将导电碳纳米填料和聚合物颗粒分散于溶剂中制备得复合分散液，将所述复合分散液涂刷到增强夹层的两面，烘干后在增强夹层的两面形成导电涂层，进行锯齿形折叠后得到具有锯齿结构的聚合物导电薄膜。2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽性能可调的聚合物导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述导电碳纳米填料为导电碳黑、纳米碳管和石墨烯中的至少一种。3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽性能可调的聚合物导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物为热塑性聚氨酯或水性聚氨酯。4.根据权利要求1所述的电磁屏蔽性能可调的聚合物导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述导电碳纳米填料和聚合物颗粒的质量比为1:1～9。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈斌，郑文革，李洋，蓝小琴，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33