微米线阵列装置和制造包含微米线的聚合物片材的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及微米线阵列装置和用于制造包含微米线的聚合物片材的方法。本发明专利技术的用于制造包含微米线的聚合物片材的方法包括在将微米线附接到基材上的同时，将多个微米线的各自长度的至少一部分包封在非导电性聚合物片材中。然后使微米线从基材上分离而不从聚合物片材上去除微米线。分离步骤形成包含分离的微米线的脱离聚合物片材。多个微米线中的各个分离的微米线大致垂直于脱离聚合物片材。本发明专利技术的微米线阵列装置包括非导电性聚合物片材和多个微米线。多个微米线的各个微米线具有至少部分由聚合物片材包封的独立长度，大致垂直于聚合物片材，并且包含磁性铁氧体。

Microwire array devices and methods for making polymer sheets containing micron lines

The present invention relates to a micron line array device and a method for making polymer sheets containing micron wires. The method for manufacturing polymer sheets including micron wires includes encapsulating at least one part of the length of the plurality of microwires in the non-conductive polymer sheet while attaching the microwires to the substrate. Then the microwire is separated from the substrate and not from the polymer sheet to remove the micrometer line. The separation step forms a detached polymer sheet containing a separate micron line. The separate microwires in the multiple micrometer lines are roughly perpendicular to the separation of the polymer sheet. The microwire array device of the invention comprises a non conductive polymer sheet and a plurality of micro rice lines. Each micron line of a plurality of microwires has an independent length of at least partially encapsulated by polymer sheets, which is approximately perpendicular to polymer sheets, and contains magnetic ferrites.

【技术实现步骤摘要】
微米线阵列装置和制造包含微米线的聚合物片材的方法
本专利技术涉及电磁干扰屏蔽领域，具体而言，涉及一种微米线阵列装置和用于制造包含微米线的聚合物片材的方法。
技术介绍
已知混入聚合物或涂料基质的羰基铁颗粒(CIP铁)用作电磁干扰(EMI)屏蔽。然而，这些结构体并不具有优化的磁性，这是因为磁性不能针对特定应用的需求进行调整。其他已知的结构体包括包封在聚合物基质中的垂直排列的微米线和/或纳米线。实例包括聚合物垫片中的碳纳米管和聚合物片材中的硅微米线(J.A.Beardslee,Magneticalignmentofhigh-aspectratiomicrowiresintoperpendiculararrays，Ph.D.Thesis,CaliforniaInstituteofTechnology,2014)。然而，这些结构体并非是磁性的。另一实例包括聚苯胺中的铁纳米线(H.Cao，Z.Xu，D.Sheng，J.Hong，H.Sang，Y.Du，J.Mater.Chem.，11，958-960(2001))。然而，铁和聚苯胺都不是空气稳定的材料，并且在大多数应用中可能会在环境暴露后失效。这妨碍了它们用于EMI和天线屏蔽。已知的结构体还包括具有包含垂直排列的氧化铁(Fe2O3)纳米线阵列的表面的箔基材[C.H.Kim，H.J.Chun，D.S.Kim，S.Y.Kim，J.Park，J.Y.Moon，G.Lee，J.Yoon，Y.NJo，M.H.Jung，S.I.Jung，C.J.Lee，Appl.Phys.Lett.89，223103(2006)；P.Hiralal，H.E.Unalan，K.G.UWijayantha，A.Kursumovic，D.Jefferson，J.L.MacManus-Driscoll，G.A.J.Amaratunga，Nanotechnology19，455608(2008)]，以及转化为磁性钴铁氧体(CoFe2O4)的氧化铁纳米线[C.H.Kim，Y.Myung，Y.J.Cho，H.S.Kim，S.-H.Park，J.Park，J.-Y.Kim，B.Kim，J.Phys.Chem.C113，7085(2009)]。尽管后一论文中的细线形成了以约1根线/μm2的密度无模板生长的磁性铁氧体微米线阵列，该细线化学键合到最初生长细线的箔基材上。纳米线阵列锚定到箔基材表面并且缺少柔性聚合物基质。因此，该阵列不能顺应复杂的表面，并且缺乏从箔基材去除的耐磨性。此外，包封在柔性聚合物层中的含微米线或纳米线的已知结构体使用约1根线/10μm2的低密度下的排列细线(J.A.Beardslee,Magneticalignmentofhigh-aspectratiomicrowiresintoperpendiculararrays,Ph.D.Thesis,CaliforniaInstituteofTechnology,2014)。这些结构体通过将完全成形的细线物理插入到蚀刻入诸如硅等基材中的排列模板中而制成。组装后，将细线包封在柔性聚合物层中并从排列基材上剥离。然而，尚不知道如何增加排列细线的面密度。最后，通过在诸如阳极多孔氧化铝等模板内直接生长细线阵列，已经以高得多的线密度形成阵列，该密度通常大于1根线/μm2(J.A.Beardslee,Magneticalignmentofhigh-aspectratiomicrowiresintoperpendiculararrays,Ph.D.Thesis,CaliforniaInstituteofTechnology,2014)。生长后，氧化铝模板溶解，且将细线包封在柔性聚合物层中。这种技术不适用于磁性铁氧体，因为溶解阳极氧化铝的相同溶液也会溶解该铁氧体。此外，这些细线阵列不具有无模板细线生长的晶体品质特性，并且尚不知道如何在使用模板的情况下仍然获得无模板生长的晶体品质。从上述在先技术的缺陷可以看出，用于形成在非导电性柔性聚合物基质中排列的磁性微米线的方法将是有益的。
技术实现思路
一种用于制造包含微米线的聚合物片材的方法，其包括：提供多个微米线。多个微米线中的各个微米线的端部附接到基材上，其具有独立的长度，大致垂直于基材，并且包含磁性铁氧体。该方法包括在将微米线附接到基材上的同时，将微米线各自长度的至少一部分包封在非导电性聚合物片材中。然后使微米线从基材上分离而不从聚合物片材上去除微米线。分离步骤形成包含分离的微米线的脱离聚合物片材。多个微米线中的各个分离的微米线大致垂直于脱离聚合物片材。一种微米线阵列装置，其包括非导电性聚合物片材和多个微米线。多个微米线的各个微米线具有至少部分由聚合物片材包封的独立长度，大致垂直于聚合物片材，并且包含磁性铁氧体。已经讨论的特征、功能和优点可以在多个实施方式中独立地实现，或者可以组合其他实施方式实现，其进一步细节通过参考以下说明书和附图可以看出。附图说明下面参照以下附图来描述一些实施方式。图1A和1B是Fe2O3微米线和氧化物基材的截面扫描电子显微镜(SEM)图像。起始箔为99.99％、0.25mm厚的Fe；生长温度为800℃；气体组成为100sccm(标准立方厘米/分钟)Ar+50sccmO2；生长时间为10小时。图1A显示该阵列下方的氧化物基材。比例尺下方书写的长度对应于刻度线的整个长度。图2是通过气相交换反应制备并且具有与起始Fe2O3微米线阵列相同形状的NiFe2O4微米线阵列的SEM图像。比例尺下方书写的长度对应于刻度线的整个长度。图3A和3B是与起始Fe2O3微米线阵列具有非常类似形状的Ni0.4Co0.6Fe2O4微米线阵列的SEM图像。图3A显示该阵列下方的氧化物基材。比例尺下方书写的长度对应于刻度线的整个长度。图4是嵌入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)聚合物(SOLPRENE9168)中的、用酸预蚀刻和润滑层方法剥离的样品NiFe2O4细线的截面SEM。观察到铁氧体微米线(部分以黑色画出轮廓)包埋在聚合物中。通过在液氮中破碎聚合物、然后以高倾斜角对截面成像，来获得SEM图像。细线在聚合物中垂直排列。图5显示了自支撑聚合物中的Ni0.4Co0.6Fe2O4微米线的铁磁磁滞回线。磁数据在施加平行于细线(虚线)和垂直于细线(实线)的磁场下获得。图6是嵌入SOLPRENE的用聚乙烯醇(PVA)牺牲层剥离的Ni0.4Co0.6Fe2O4细线的截面SEM。通过在液氮中破碎聚合物，然后以高倾斜角对截面成像，来获得SEM图像。微米线在聚合物中垂直排列。图7显示了自支撑聚合物中的NiFe2O4微米线的铁磁磁滞回线。磁数据在施加平行细线(虚线)和垂直于细线(实线)的磁场下获得。具体实施方式本文所述的方法和装置提供了在聚合物基质中排列的磁性棒状金属氧化物颗粒。聚合物基质可以是非导电的。组装的复合装置可以是柔性的，从而能够顺应各种表面轮廓，例如用于包括在电磁辐射的微波范围内的天线屏蔽。该装置可以在磁场中显示出方向各向异性。
技术介绍
部分所述的包含圆形或片状颗粒的已知装置是不同的，因为其不具有棒状颗粒，而这将有助于本文装置的方向各向异性。已知的装置还包括作为增韧剂的圆形二氧化硅颗粒，但其既不是磁性的也不是棒状的。
技术介绍
部分中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造包含微米线的聚合物片材的方法，其包括：提供多个微米线，所述多个微米线中的各个微米线的端部附接到基材上，所述微米线具有独立的长度，大致垂直于所述基材，并且包含磁性铁氧体；在将所述微米线附接到所述基材上的同时，将所述微米线各自长度的至少一部分包封在非导电性聚合物片材中；使所述微米线从所述基材上分离，而不从所述聚合物片材上去除所述微米线，所述分离过程形成包含分离的微米线的脱离聚合物片材，并且所述多个微米线的各个分离的微米线大致垂直于所述脱离聚合物片材。

【技术特征摘要】
2016.06.30 US 15/199,3091.一种用于制造包含微米线的聚合物片材的方法，其包括：提供多个微米线，所述多个微米线中的各个微米线的端部附接到基材上，所述微米线具有独立的长度，大致垂直于所述基材，并且包含磁性铁氧体；在将所述微米线附接到所述基材上的同时，将所述微米线各自长度的至少一部分包封在非导电性聚合物片材中；使所述微米线从所述基材上分离，而不从所述聚合物片材上去除所述微米线，所述分离过程形成包含分离的微米线的脱离聚合物片材，并且所述多个微米线的各个分离的微米线大致垂直于所述脱离聚合物片材。2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述基材上生长多个起始微米线，和将所述起始微米线化学转化成包含磁性铁氧体的微米线。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述起始微米线包括金属氧化物，并且所述起始微米线的化学转化过程包括与金属卤化物盐的交换反应。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述金属氧化物包括氧化铁、氧化钴、氧化锌、氧化镍或它们的组合，并且所述金属卤化物盐包括CoCl2、NiCl2、NiBr2、NiI2、ZnF2、ZnCl2、ZnBr2、ZnI2或它们的组合。5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其进一步包括，在包封之前处理所述微米线和/或所述基材，从而减弱微米线与所述基材的附接，和/或降低聚合物片材与所述基材的粘附。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述基材包括其上附接有所述微米线的非铁氧体基体，并且所述处理过程包括，与所述微米线中的磁性铁氧体相比，用酸溶液或碱溶液优先蚀刻所述非铁氧体基体，从而减弱微米线与所述基材的附接。7.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·瓦约，崔山婴，A·F·格罗斯，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US