一种耐湿热电磁屏蔽薄膜、复合材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种耐湿热电磁屏蔽薄膜、复合材料、其制备方法及应用。所述耐湿热电磁屏蔽薄膜包括导电质复合碳纳米管薄膜，其包括沿设定方向依次设置的碳纳米管薄膜层、导电质/碳纳米管复合结构及导电层。所述制备方法包括：在碳纳米管薄膜表面沉积导电层，并通过控制碳纳米管薄膜结构和导电层沉积参数，在碳纳米管薄膜与导电层之间形成导电质/碳纳米管复合结构，获得导电质复合碳纳米管薄膜。本发明专利技术通过与碳纳米管薄膜层复合以及保护层对水和氧气的隔离性，实现复合薄膜电磁屏蔽性能、机械性能以及环境稳定性的统一；通过碳纳米管薄膜层与复合材料预制体树脂层的结合，获得优异力学性能、高电磁屏蔽性能、耐湿热环境的结构功能一体化复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种耐湿热电磁屏蔽薄膜、复合材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种复合材料，特别是一种耐湿热电磁屏蔽薄膜、复合材料、其制备方法及应用，属于复合材料及制备

技术介绍
复合材料是一种具有比强度、比刚度高、耐腐蚀、易加工的工程材料，在航空航天、交通运输、体育用品等领域都有着广泛的应用。但是由于复合材料由增强纤维及聚合物组合而成，因此其导电性能一般较差，在抗静电、防雷击、电磁屏蔽等领域都受到了限制。碳纳米管是一种具有超高比表面积，并且兼具优异的力学和电学特性的新材料，其优异的导电性能使其在抗静电、电磁屏蔽领域具有潜在的应用。将碳纳米管与纤维增强聚合物基复合材料复合，有望利用碳纳米管的高导电性提高复合材料的导电性，从而获得具有结构功能一体化的复合材料。截止到目前，研究人员将碳纳米管通过粉体分散、纤维增强以及薄膜增强的方式与树脂复合，获得碳纳米管/聚合物复合材料，但这些材料通常难以同时具有高强度、高导电等复合性能。因此，开发兼具高强度、高导电、耐腐蚀以及耐候性等复合材料具有重要意义。目前，高导电金属，如铜、银、镍等，具有优异的电磁屏蔽性能，但因其密度大、质量高、难以加工成型等缺点而在对重量敏感领域的应用受到限制。已有工作利用碳纳米管薄膜的高导电性制备碳纳米管电磁屏蔽纸(CN107201689A)，但其薄膜力学性能差(仅为12MPa)，并且电磁屏蔽效能也仅为30dB，难以实际应用。为了提高碳纳米管的电磁屏蔽效能，一些研究者将铜等金属与碳纳米管复合(CN107557769A,CN109729707A,CN105150624A)，虽然能够大幅度提高碳纳米管的电磁屏蔽效能，但这些工作均未考虑材料的力学性能，难以实际应用；并且金属材料在环境中易受到氧气、水等作用而发生腐蚀破坏，严重影响材料的电磁屏蔽效能及力学性能。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种耐湿热电磁屏蔽薄膜及其制备方法，从而克服了现有技术中的不足。本专利技术的另一目的还在于提供一种耐湿热电磁屏蔽复合材料及其制备方法。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种耐湿热电磁屏蔽薄膜，其包括导电质复合碳纳米管薄膜，所述导电质复合碳纳米管薄膜包括沿设定方向依次设置的碳纳米管薄膜层、导电质/碳纳米管复合结构及导电层。进一步地，所述耐湿热电磁屏蔽薄膜还包括保护层，所述保护层完全包覆于所述导电质复合碳纳米管薄膜表面。本专利技术实施例还提供了一种耐湿热电磁屏蔽薄膜的制备方法，其包括：提供碳纳米管薄膜；在所述碳纳米管薄膜表面沉积导电层，并通过控制碳纳米管薄膜结构和导电层沉积参数，在所述碳纳米管薄膜与导电层之间形成导电质/碳纳米管复合结构，获得导电质复合碳纳米管薄膜。进一步地，所述制备方法还包括：至少采用真空辅助树脂灌注法、涂布包覆法在所述导电质复合碳纳米管薄膜表面包覆保护层。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的耐湿热电磁屏蔽薄膜。本专利技术实施例还提供了前述的任一种耐湿热电磁屏蔽薄膜，其电导率为1×105～1×107S/m，电磁屏蔽效能在0.1MHz～18GHz范围内达30dB以上，拉伸强度在20Mpa以上，耐湿热环境稳定性为湿度60％～100％条件下，屏蔽效能保持率在80％以上超过15天以上。本专利技术实施例还提供了一种耐湿热电磁屏蔽复合材料，其包括前述耐湿热电磁屏蔽薄膜，以及与所述耐湿热电磁屏蔽薄膜复合的纤维增强树脂基复合材料。进一步地，所述耐湿热电磁屏蔽复合材料还包括保护层，所述保护层包覆于所述耐湿热电磁屏蔽复合材料表面。相应的，本专利技术实施例还提供了前述的耐湿热电磁屏蔽复合材料的制备方法，其包括：采用层叠纤维树脂预浸料法或真空辅助树脂灌注法制备复合材料预制体；将所述耐湿热电磁屏蔽薄膜与所述复合材料预制体表面的树脂层层叠，之后共同固化，获得所述耐湿热电磁屏蔽复合材料。本专利技术实施例还提供了前述的耐湿热电磁屏蔽薄膜或耐湿热电磁屏蔽复合材料于电磁屏蔽领域中的用途。较之现有技术，本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术提供的耐湿热电磁屏蔽薄膜通过设计三层复合结构，通过导电层厚度和碳纳米管薄膜层及其过渡层厚度的设计，在提高导电质复合碳纳米管薄膜电磁屏蔽特性的基础上，同时增强了复合薄膜的机械性能和导电性；2)本专利技术提供的耐湿热电磁屏蔽薄膜还加入了保护层，通过与碳纳米管薄膜层复合以及保护层对水和氧气的隔离性，实现了复合薄膜电磁屏蔽性能、机械性能以及环境稳定性的统一；3)本专利技术将所制备的导电质复合碳纳米管薄膜易于与树脂基复合材料复合，获得一种耐湿热环境的电磁屏蔽复合材料，通过碳纳米管薄膜层与复合材料预制体树脂层的结合，获得高强度、优异的力学性能、高电磁屏蔽性能、耐湿热环境的结构功能一体化复合材料。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1a是现有技术中碳纳米管原膜的结构示意图。图1b是本专利技术一典型实施方案中一种导电质复合碳纳米管薄膜的结构示意图。图2是本专利技术一典型实施方案中带有保护层的导电质复合碳纳米管薄膜的结构示意图。图3是本专利技术实施例1中CNT/Cu复合薄膜结构和电导率示意图。图4是本专利技术实施例1中CNT/Cu复合薄膜结构与电磁屏蔽效能关系示意图。图5是本专利技术实施例1中CNT薄膜、CNT/Cu复合薄膜、CNT/Cu/SiO2复合薄膜的拉伸强度对比图。图6a是本专利技术实施例1中潮湿环境下CNT/Cu复合薄膜的电磁屏蔽效能稳定性关系示意图。图6b是本专利技术实施例1中潮湿环境下CNT/Cu/SiO2复合薄膜的电磁屏蔽效能稳定性关系示意图。具体实施方式如前所述，鉴于现有技术的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其目的是开发一种具有高电磁屏蔽效能、高力学性能、易与复合材料复合，且耐环境特性的结构功能一体化碳纳米管基电磁屏蔽薄膜及其复合材料。下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例的一个方面提供的一种耐湿热电磁屏蔽薄膜，其包括导电质复合碳纳米管薄膜，所述导电质复合碳纳米管薄膜包括沿设定方向依次设置的碳纳米管薄膜层、导电质/碳纳米管复合结构及导电层。在一些优选实施例中，所述耐湿热电磁屏蔽薄膜还包括保护层，所述保护层完全包覆于所述导电质复合碳纳米管薄膜表面。进一步地，所述保护层浸渗于所述碳纳米管薄膜层的碳纳米管网络结构内部。进一步地，所述保护层包括SiO2保护层和/或聚合物保护层，所述SiO2保护层由硅基前驱体制备而成。由于导电质复合碳纳米管薄膜最下层为多孔碳纳米管网络结构，因此，保护层能够浸渗入碳纳米管薄膜层内部，并与导电质复合碳纳米管薄膜形成紧密的结合，这种结合保证了保护层对导电质复合碳纳米管薄膜的完全包覆，增强了导电质复合碳纳米管薄膜的机械性能，并且能够保护导电质复合碳纳米管薄膜在空气及水环境下的结构及性能稳定性。进一步地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐湿热电磁屏蔽薄膜，其特征在于包括导电质复合碳纳米管薄膜，所述导电质复合碳纳米管薄膜包括沿设定方向依次设置的碳纳米管薄膜层、导电质/碳纳米管复合结构及导电层。

【技术特征摘要】
1.一种耐湿热电磁屏蔽薄膜，其特征在于包括导电质复合碳纳米管薄膜，所述导电质复合碳纳米管薄膜包括沿设定方向依次设置的碳纳米管薄膜层、导电质/碳纳米管复合结构及导电层。2.根据权利要求1所述的耐湿热电磁屏蔽薄膜，其特征在于还包括保护层，所述保护层完全包覆于所述导电质复合碳纳米管薄膜表面。3.根据权利要求2所述的耐湿热电磁屏蔽薄膜，其特征在于：所述保护层浸渗于所述碳纳米管薄膜层的碳纳米管网络结构内部。4.根据权利要求2所述的耐湿热电磁屏蔽薄膜，其特征在于：所述保护层包括SiO2保护层和/或聚合物保护层；优选的，所述SiO2保护层由硅基前驱体制备而成。5.根据权利要求2所述的耐湿热电磁屏蔽薄膜，其特征在于：所述保护层的厚度为0.1～50μm。6.根据权利要求1所述的耐湿热电磁屏蔽薄膜，其特征在于：所述碳纳米管薄膜层的厚度在0.1μm以上。7.根据权利要求1所述的耐湿热电磁屏蔽薄膜，其特征在于：所述导电层和/或导电质/碳纳米管复合结构所含导电质包括金属和/或导电聚合物；优选的，所述金属包括高导电金属，尤其优选为Cu、Ag、Ni中的任意一种或两种以上的组合，所述导电聚合物包括聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺中的任意一种或两种以上的组合。8.根据权利要求1所述的耐湿热电磁屏蔽薄膜，其特征在于：所述导电质/碳纳米管复合结构的厚度为0.1～5μm；和/或，所述导电层的厚度为0.1～10μm。9.一种耐湿热电磁屏蔽薄膜的制备方法，其特征在于包括：提供碳纳米管薄膜；在所述碳纳米管薄膜表面沉积导电层，并通过控制碳纳米管薄膜结构和导电层沉积参数，在所述碳纳米管薄膜与导电层之间形成导电质/碳纳米管复合结构，获得导电质复合碳纳米管薄膜。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于包括：至少采用浮动催化化学气相沉积法、真空抽滤法、涂布法、3D打印法中的任一种方法制备所述碳纳米管薄膜。11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管薄膜层的厚度在0.1μm以上。12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于包括：至少采用蒸镀法、磁控溅射法、溶液法中的任一种方法在所述碳纳米管薄膜表面沉积所述导电层。13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述蒸镀法的工艺条件为：蒸发温度为600～1700℃，蒸发时间为15～300min。14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射法的工艺条件为：靶材与碳纳米管薄膜间的距离为0.1～50cm，样品架速度为10～100r/min，真空度为1×10-3～9×10-5Pa，工作气体流量为20～50sccm，溅射功率为0.2～150KW，溅射压强为0.1～0.6Pa...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕卫帮，吴炜，曲抒旋，何静宇，巩文斌，蒋瑾，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32