一种电磁屏蔽泡沫及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种电磁屏蔽泡沫及其制备方法和应用。所述电磁屏蔽泡沫的制备原料包括：三维分形银枝晶、碳纳米管和柔性聚合物材料。本发明专利技术选用具有三维辐射生长的分形银粉及碳纳米管作为导电填料，柔性聚合物作为树脂基体，结合逐层浇注冷凝和冷冻干燥技术制出具有导电梯度的层状泡沫。所述电磁屏蔽泡沫具有低反射、高屏蔽和可压缩的特点，特别适合于电子设备和器件在闭合处的电磁屏蔽。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁屏蔽泡沫及其制备方法和应用
本专利技术属于电磁屏蔽材料加工领域，具体涉及一种电磁屏蔽泡沫及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，随着电子器件及设备向高频高速化发展，电磁泄露或电磁干扰的问题也日趋严重。在受保护体和电磁波辐射源之间用电磁屏蔽材料进行阻隔是工程实践中解决电磁波泄露或电磁波干扰的简单有效方法。发生电磁波泄露进而对受体产生电磁干扰的区域主要发生在设备的闭合处，这些地方主要采用加塞导电胶条、导电泡棉(泡沫)等方式进行电磁屏蔽。同时，为了能长时间保持稳定的电磁屏蔽效果，这些屏蔽材料还须具有良好的压缩性能。目前，这些电磁屏蔽材料主要采用提高材料电导率的方法使自身获得良好电磁屏蔽性能，但由于增加了空气与材料表面的阻抗不匹配度，屏蔽材料对电磁波进行大量反射，极易对内置电子线路及元器件产生电磁波的二次污染，影响电子设备正常工作。CN111138836A公开了一种柔性电磁屏蔽复合材料及其制备方法。具体提供了一种柔性电磁屏蔽复合材料，由如下重量份的组分制成：三维分形银枝晶25-50份；柔性聚合物材料50-75份；所述三维分形银枝晶是指一级分形结构呈现三维辐射状、二级和三级分形结构具有微纳米尺度的银粉。在填充率25-50wt％的条件下，电磁屏蔽效能介于40-80dB，20％拉伸应变下屏蔽效能介于30-70dB，单位厚度屏蔽效能高达400-1500dB·mm-1，可广泛应用于柔性电磁屏蔽领域。该柔性电磁屏蔽复合材料的电磁屏蔽效能仍有待提高。CN109591391A公开了一种低反射高屏蔽梯度结构泡沫材料及其制备方法。其通过液氮冷冻干燥法分别制备以冰晶为模板的具有取向泡孔结构的石墨烯负载四氧化三铁纳米粒子泡沫，碳纳米管泡沫，通过共混浇注烘干制备四角针状氧化锌晶须纳米粒子负载银薄膜，最后通过胶粘剂将三者复合得到具有梯度层状结构的电磁屏蔽泡沫，有效减少电磁波反射的情况下，显著提高复合泡沫材料的电导率和电磁屏蔽性能。该泡沫材料的电磁屏蔽效能仍有待提高且回弹性能较差。因此，开发一种高屏蔽、低反射及可压缩的新型电磁屏蔽泡沫显得尤为重要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种电磁屏蔽泡沫及其制备方法和应用，尤其提供一种低反射高屏蔽可压缩的电磁屏蔽泡沫及其制备方法和应用。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种电磁屏蔽泡沫，所述电磁屏蔽泡沫的制备原料包括：三维分形银枝晶、碳纳米管和柔性聚合物材料。本专利技术选用具有三维辐射生长的分形银粉(三维分形银枝晶)及碳纳米管作为导电填料，柔性聚合物作为树脂基体，结合逐层浇注冷凝和冷冻干燥技术制出具有导电梯度的层状泡沫。通过合理构筑导电网络，大幅降低电磁波反射，同时获得优异的屏蔽效能。当电磁波沿着正导电梯度方向传播至层状泡沫，界面处对电磁波的反射大大减小，入射波在泡沫内部不断反射和吸收，随着入射深度的增加，反射波与泡沫内壁作用的路径也不断增加，结果是绝大部分入射波在泡沫内部被消耗，使泡沫同时获得优异的电磁屏蔽效能及十分低下的反射系数，泡沫的电磁屏蔽性能表现十分优异。其中，三维分形银枝晶丰富的分形组织增加了导电网络与电磁波相互作用的位点；分形组织洁净的纳米结构使银枝晶可在较低的温度下进行烧结、实现冶金结合，提高复合材料的导电性能。选用碳纳米管做另一导电填充相则主要是为了便于控制导电梯度，以便降低电磁波的反射并增加电磁波的吸收。同时，较低的渗流阈值可提高树脂粘结相的比例，使层状泡沫获得良好的压缩性能。优选地，所述电磁屏蔽泡沫的制备原料按重量份数计包括：三维分形银枝晶5.8-12.4份、碳纳米管4.0-6.0份和柔性聚合物材料81.6-90.2份。在本专利技术中，通过合理构筑导电网络，大幅提升屏蔽效能的同时，大幅降低导电填料的用量，泡沫中三维分形银枝晶和碳纳米管的填充率分别仅为5.8-12.4份和4.0-6.0份，泡沫的制备成本低廉，经济价值高。所述电磁屏蔽泡沫的制备原料中，三维分形银枝晶重量份数为5.8-12.4份，例如可以是5.8份、6.0份、6.5份、7.0份、7.5份、8.0份、8.5份、9.0份、9.5份、10.0份、10.5份、11.0份、11.5份、12份、12.4份等。所述电磁屏蔽泡沫的制备原料中，碳纳米管重量份数为4.0-6.0份，例如可以是4.0份、4.2份、4.4份、4.6份、4.8份、5.0份、5.2份、5.4份、5.6份、5.8份、6.0份等。所述电磁屏蔽泡沫的制备原料中，柔性聚合物材料重量份数为81.6-90.2份，例如可以是81.6份、82份、83份、84份、85份、86份、87份、88份、89份、90份、90.2份等。优选地，所述三维分形银枝晶是指一级分形结构呈现三维辐射生长，且二、三级分形组织的尖端处具有丰富纳米结构的银粉。在本专利技术中所述三维分形银枝晶使用羟胺还原硝酸银技术制出的三维分形银枝晶，其具有整体结构呈三维辐射、分形组织丰富及表面洁净的特点。在复合材料中三维辐射的形貌特性使银枝晶占据更多的自由空间，进而使复合材料获得更低的渗流阈值；丰富的分形组织增加了导电网络与电磁波相互作用的位点；分形组织洁净的纳米结构使银枝晶可在较低的温度下进行烧结、实现冶金结合，提高复合材料的导电性能。因此，三维分形银枝晶非常适合用于制备低填充高导电的复合材料，并应用于高效电磁屏蔽中。优选地，所述三维分形银枝晶是指采用硝酸银溶液与羟胺以摩尔比1:4～1:16混合制出，一级分形结构呈现三维辐射生长，二、三级分形组织的尖端处具有丰富纳米结构的银粉。优选地，所述碳纳米管选自单壁碳纳米管(SWCNT)和/或多壁碳纳米管(MWCNT)。优选地，所述柔性聚合物材料选自热塑性聚氨酯(TPU)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯型嵌段共聚物(SEPS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)或苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述电磁屏蔽泡沫由下至上依次包括：三维分形银枝晶聚合物层、第一碳纳米管聚合物层、第二碳纳米管聚合物层和第三碳纳米管聚合物层。优选地，所述第一碳纳米管聚合物层中碳纳米管的含量＞第二碳纳米管聚合中碳纳米管的含量＞第三碳纳米管聚合物层中碳纳米管的含量。本专利技术选用三维分形银枝晶作为层状泡沫中最底层的导电填料，碳纳米管作为第二至第四层的导电填料，柔性聚合物作为每一层的聚合物基体，通过逐层浇注冷凝并结合冷冻干燥技术制备具有导电梯度的层状泡沫。该泡沫具有低反射、高屏蔽和可压缩的特点，特别适合于电子设备和器件在闭合处的电磁屏蔽。优选地，所述第一碳纳米管聚合层和第二碳纳米管聚合物层中碳纳米管含量之差为2.0-4.0％，例如可以是2.0％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3.0％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4.0％等。优选地，所述第二碳纳米管聚合物层和第三碳纳米管聚合中碳纳米管的含量之差为2.0-4.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁屏蔽泡沫，其特征在于，所述电磁屏蔽泡沫的制备原料包括：三维分形银枝晶、碳纳米管和柔性聚合物材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种电磁屏蔽泡沫，其特征在于，所述电磁屏蔽泡沫的制备原料包括：三维分形银枝晶、碳纳米管和柔性聚合物材料。


2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽泡沫，其特征在于，所述电磁屏蔽泡沫的制备原料按重量份数计包括：三维分形银枝晶5.8-12.4份、碳纳米管4.0-6.0份和柔性聚合物材料81.6-90.2份。


3.根据权利要求1或2所述的电磁屏蔽泡沫，其特征在于，所述三维分形银枝晶是指一级分形结构呈现三维辐射生长，且二、三级分形组织的尖端处具有丰富纳米结构的银粉；
优选地，所述碳纳米管选自单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管；
优选地，所述柔性聚合物材料选自热塑性聚氨酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯型嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物或苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的任意一种或至少两种的组合。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的电磁屏蔽泡沫，其特征在于，所述电磁屏蔽泡沫由下至上依次包括：三维分形银枝晶聚合物层、第一碳纳米管聚合物层、第二碳纳米管聚合物层和第三碳纳米管聚合物层；
优选地，所述第一碳纳米管聚合物层中碳纳米管的含量＞第二碳纳米管聚合中碳纳米管的含量＞第三碳纳米管聚合物层中碳纳米管的含量；
优选地，所述第一碳纳米管聚合层和第二碳纳米管聚合物层中碳纳米管含量之差为2.0-4.0％；
优选地，所述第二碳纳米管聚合物层和第三碳纳米管聚合中碳纳米管的含量之差为2.0-4.0％。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的电磁屏蔽泡沫，其特征在于，所述电磁屏蔽泡沫的屏蔽效能为60-100dB；
优选地，所述电磁屏蔽泡沫的反射系数在0.15以下；
优选地，所述电磁屏蔽泡沫的厚度为2.0-4.0mm；
优选地，所述电磁屏蔽泡沫的最大压缩应变在50％以下；
优选地，所述电磁屏蔽泡沫在100次循环压缩后，回弹率在85％以上，电磁屏蔽效能的变化值在10dB以下。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的电磁屏蔽泡沫的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将三维分形银枝晶配置成三维分形银枝晶悬浊液；将碳纳米管分散于柔性聚合物材料的溶液中，配置得到碳纳米管浆料；
(2)将步骤(1)得到的三维分形银枝晶悬浊液进行浇注后烧结，再采用柔性聚合物材料的溶液进行润湿，形成三维分形银枝晶聚合物层；
(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡友根，雷作敏，朱朋莉，赵涛，孙蓉，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44