基于金属纳米线的多层结构透明电磁屏蔽膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种基于金属纳米线的多层结构透明电磁屏蔽膜及其制备方法与应用。该多层结构透明电磁屏蔽膜由平行排列的两层以上的透明导电屏蔽薄膜组成，每层透明导电屏蔽薄膜包括：透明基体以及负载其上的金属纳米线层和活性材料层。本发明专利技术的透明电磁屏蔽膜具有高环境稳定性以及高透光率，还同时具有将机械振动能转化为电能以及作为焦耳热发热器和自供电触控薄膜的功能。

Multilayer transparent electromagnetic shielding film based on metal nanowires and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
基于金属纳米线的多层结构透明电磁屏蔽膜及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种多用途的透明电磁屏蔽薄膜及其制备方法，尤其是一种具有传声器功能的透明高性能电磁屏蔽薄膜及其制备方法。
技术介绍
随着电子产品和通讯设备的快速发展，电磁污染愈加严重，电磁污染会造成精密电子设备的失效，也会影响人体的健康。因此电磁屏蔽材料特别是透明电磁屏蔽材料在未来具有巨大的需求。目前透明电磁屏蔽薄膜主要由金属网格以及ITO材料组成，这些材料已经无法满足电子设备越来越高的要求。其中金属网格由于衍射效应无法应用在高分辨率的设备上，ITO薄膜在弯折的条件下失效，因此无法用于柔性的设备上。在替代材料中，金属纳米线薄膜由于方阻低、透光率高及柔性可弯折的特性受到研究者与厂商的重视。但是，金属纳米线在电磁屏蔽薄膜的应用尚存在一些问题。一方面，银金属纳米线虽然电导率高，但同时纳米线间的接触电阻也非常高，这使得电磁屏蔽效率较低。另一方面，金属纳米线成本高，若要获得高屏蔽效率，传统方法需要用到大量的金属纳米线，这将造成生产成本大幅提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用透明电磁屏蔽薄膜的多重结构设计来降低金属纳米线的用量，并且利用结构的构建获得声音、振动能转化的多功能透明电磁屏蔽薄膜。本专利技术主要以薄膜多重结构的构建为基础，以金属纳米线作为主要导电物质，通过引入二维纳米材料来改善金属纳米线的导电性和稳定性。利用特殊设计的结构对入射电磁波进行多重吸收，在不改变金属纳米线的用量和薄膜透过率的情况下大幅度提升电磁屏蔽性能，从而可以降低高屏蔽透明膜中的金属纳米线的用量，并极大降低高屏蔽的透明导电膜的生产成本。此外，利用多重结构的构建获得声音、振动能转化的多功能透明电磁屏蔽焦耳加热薄膜。本专利技术的透明电磁屏蔽膜具有高环境稳定性以及高透光率，还同时具有将机械振动能转化为电能、触控和焦耳热的功能。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种基于金属纳米线的多层结构透明电磁屏蔽膜，该多层结构透明电磁屏蔽膜由平行排列的两层以上的透明导电屏蔽薄膜组成，每层透明导电屏蔽薄膜包括：透明基体以及负载其上的金属纳米线层和活性材料层。根据本专利技术，优选地，每层透明导电屏蔽薄膜的设置方式相同，所述每层透明导电屏蔽薄膜的设置方式相同是指每层透明导电屏蔽薄膜上的金属纳米线层和活性材料层朝向相同，并且，相邻两层透明导电屏蔽薄膜之间的距离为0-λmm，其中λ为所需屏蔽的电磁波波长。根据本专利技术，所述透明基体的厚度可以为0.025mm-10mm，优选为0.025mm-0.125mm；所述金属纳米线在所述透明基体上的面密度可以为40-5000mgm-2，优选为40-500mgm-2；所述活性材料在所述透明基体上的面密度可以为5-500mgm-2，优选为10-100mgm-2。根据本专利技术，所述透明基体的材料可以为本领域常规材料，具体地，所述透明基体的材料可选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、玻璃和石英中的至少一种。根据本专利技术，所述的多层结构内部可以为真空、填充空气、或填充透明基体材料。根据本专利技术，优选地，所述金属纳米线选自银纳米线、铜纳米线、镍纳米线和铁纳米线中的至少一种。根据本专利技术，优选地，所述活性材料选自以下物质中的至少一种：通式为Mn+1XnTx的二维无机化合物，其中M为金属原子、X为碳或氮原子、T为官能团O、F和OH(即MXene)、石墨烯，氧化石墨烯，蒙脱土所述通式为Mn+1XnTx的二维无机化合物优选为Tin+1CnTx，其中1≤n≤2。所述MXene可通过本领域公知的方法制得，根据本专利技术一种具体实施方式，所述MXene的组成为Ti3C2Tx，可使用MAX陶瓷刻蚀后制得。具体制备方法如下：在浓盐酸和水的混合溶液中加入氟化锂并搅拌均匀，将Ti3AlC2(MAX陶瓷)缓慢加入混合溶液中，在30-40℃下搅拌反应20-28小时。将反应产物利用去离子水清洗，使用离心机进行分离，分离产物先使用水稀释然后使用超声剥离器进行超声处理。最后再使用高速离心机将超声处理后的产物和杂质分离获得Ti3C2Tx的水溶液。上述透明基体的材料、金属纳米线和活性材料均可通过商购获得。根据本专利技术，优选地，所述多层结构透明电磁屏蔽膜由包括以下步骤的方法制得：(1)将透明基底材料分别在水、丙酮中超声清洗并烘干，然后，在射频等离子体清洗机中处理后，将金属纳米线分散液喷涂在透明基底上，烘干后，将活性材料分散液喷涂在具有金属纳米线的透明基底上，制得透明导电屏蔽薄膜；(2)将所述透明导电屏蔽薄膜进行平行堆叠，得到所述多层结构。堆叠层数和间距可根据所需的屏蔽性能调节。本专利技术的第二方面提供上述基于金属纳米线的多层结构透明电磁屏蔽膜的制备方法，其中，该方法包括如下步骤：(1)将透明基底材料分别在水、丙酮中超声清洗并烘干，然后，在射频等离子体清洗机中处理后，将金属纳米线分散液喷涂在透明基底上，烘干后，将活性材料分散液喷涂在具有金属纳米线的透明基底上，制得透明导电屏蔽薄膜；(2)将所述透明导电屏蔽薄膜进行平行堆叠，得到所述多层结构。根据本专利技术，优选地，步骤(1)中，超声清洗的时间为10-60分钟；射频等离子体清洗机中处理的条件包括：时间为0.01-30分钟，优选为1-10分钟，功率为10-200w；所述金属纳米线分散液的浓度为0.1-20mgmL-1；所述活性材料分散液的浓度为0.1-20mgmL-1。本专利技术中，所述金属纳米线分散液可为分散有金属纳米线的异丙醇/水溶液，所述活性材料分散液可为分散有活性材料的异丙醇/水溶液。上述分散液中异丙醇和水的重量比优选为7:3。根据本专利技术，优选地，步骤(2)中，控制各层之间的距离为0.01-20mm。本专利技术的第三方面提供上述基于金属纳米线的多层结构透明电磁屏蔽膜的应用。具体地，所述基于金属纳米线的多层结构透明电磁屏蔽膜可作为自供电传声器，触控薄膜、或透明焦耳电发热薄膜。本专利技术的技术效果在于：本专利技术采用活性涂层降低了金属纳米线的接触电阻，提升了金属纳米线薄膜在空气中的稳定性。本专利技术所用的多重结构可使金属纳米线薄膜在同等的涂覆量下具有更高的屏蔽效率，不仅降低了高屏蔽透明薄膜的成本还提升了透光率。本专利技术所用的多重结构金属纳米线薄膜，不仅具有高效的透明屏蔽性能，还具有将振动能转化为电能的附加功能，可用于屏蔽玻璃墙体的发电和触控传感。本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。图1a-1c为根据本专利技术的2层、3层、4层结构的透明电磁屏蔽膜的示意图。图2a为本专利技术的2层结构的透明电磁屏蔽膜根据间距变化屏蔽效能变化的示意图，图2b为根据本专利技术的2层、3层、4层结构的透明电磁屏蔽膜的屏蔽效能和对应透光率的示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于金属纳米线的多层结构透明电磁屏蔽膜，其特征在于，该多层结构透明电磁屏蔽膜由平行排列的两层以上的透明导电屏蔽薄膜组成，每层透明导电屏蔽薄膜包括：透明基体以及负载其上的金属纳米线层和活性材料层。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于金属纳米线的多层结构透明电磁屏蔽膜，其特征在于，该多层结构透明电磁屏蔽膜由平行排列的两层以上的透明导电屏蔽薄膜组成，每层透明导电屏蔽薄膜包括：透明基体以及负载其上的金属纳米线层和活性材料层。


2.根据权利要求1所述的基于金属纳米线的多层结构透明电磁屏蔽膜，其中，每层透明导电屏蔽薄膜的设置方式相同，并且，相邻两层透明导电屏蔽薄膜之间的距离为0-λmm，其中λ为所需屏蔽的电磁波波长。


3.根据权利要求1所述的基于金属纳米线的多层结构透明电磁屏蔽膜，其中，所述透明基体的厚度为0.025mm-10mm，优选为0.025mm-0.125mm；所述金属纳米线在所述透明基体上的面密度为40-5000mgm-2，优选为40-500mgm-2；所述活性材料在所述透明基体上的面密度为5-500mgm-2，优选为10-100mgm-2。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于金属纳米线的多层结构透明电磁屏蔽膜，其中，所述透明基体的材料选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、玻璃和石英中的至少一种；
所述的多层结构内部为真空、填充空气、或填充透明基体材料；
所述金属纳米线选自银纳米线、铜纳米线、镍纳米线和铁纳米线中的至少一种；
所述活性材料选自以下物质中的至少一种：通式为Mn+1XnTx的二维无机化合物，其中M为金属原子、X为碳或氮原子、T为官能团O、F和OH，石墨烯，氧化石墨烯，蒙脱土；所述通式为Mn+1XnTx的二维无机化合物优选为Tin+1CnTx，其中1≤n≤2。


5.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于金属纳米线的多层结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：张好斌，陈伟，于中振，刘柳薪，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11