一种低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件及其制备方法。该制备方法利用3D打印方式将含导电填料和磁性粒子的聚合物基复合材料制备成具有金字塔型梯度结构的制件，再利用成孔技术对获得的制件进行成孔处理，得到基于梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件。器件具体结构为上层丝条中间致密外部稀疏，下层丝条中间与外部均致密，除了丝条搭接点之间的孔隙，成孔处理使丝条内部也存在大量孔洞结构，孔隙率大于50％，厚度为1.8～4mm的该器件电磁屏蔽性能可达30～60dB，吸收系数可达0.5～0.7。本发明专利技术在宏观上实现了对多孔电磁屏蔽器件可控、高精度的梯度结构设计，提升了电磁屏蔽性能和吸收系数，拓宽了电磁屏蔽制件的潜在应用领域。的潜在应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于电磁屏蔽器件制备
，具体涉及一种基于梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件及其加工方法。

技术介绍

[0002]随着现代电子信息技术的高速发展，电磁干扰、电磁辐射对人类生活、健康的影响日渐显著，因此对高性能电磁屏蔽器件的需求也越来越迫切。常规电磁屏蔽材料或器件的屏蔽性能主要基于反射作用，而吸收占比很少，大量反射的电磁波不仅会对精密的集成电路或电子仪器造成二次干扰，还可能对生物体造成二次辐射伤害。因此“低反射高吸收”是电磁屏蔽器件的发展方向。
[0003]通常增大材料厚度可以延长电磁波在器件中的经过路径，提高吸收占比，但厚度增大制约了器件的轻量化设计，增加了材料成本，不利于行业的可持续发展。在器件中设计多孔结构可以改善阻抗匹配、增加内部多重反射以降低电磁波的反射，进而增加吸收损耗。如通过冷冻干燥制备的MXene/纤维素复合材料电磁屏蔽制件，在孔隙率为88.3％时吸收系数为0.59，而无孔的同质制件吸收系数仅为0.04(Xu H,Yin X,Li X,et.al.ACS Appl.Mater.Interfaces 2019,11(10),10198
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10207.)。但是对高电磁屏蔽(>40dB)制件而言，提高孔隙率也仅能将其吸收系数提升至0.5～0.6的水平(Xu L,Jia L,Yan D,et.al.RSC Adv.2018,8(16),8849
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8855.)，而进一步提升孔隙率还会严重损害材料机械性能。显然，但仅从微观结构设计出发，难以获得兼具高电磁屏蔽性能、低反射占比特点的屏蔽制件。而设计和调控宏观结构是另一种行之有效的方法。如有研究者(CN111138706A，CN108192325A)利用填料与溶剂的密度差异来使导电填料选择性地分布在聚合物基体的特定区域，形成连续的梯度填料结构，这种宏观的梯度结构可以增加复合材料的电磁屏蔽性能，尤其在制备低反射高屏蔽的电磁屏蔽复合材料方面显现出一定前景。然而，这种方法制备得到的梯度结构可控性、可设计性差，制品内结构精度很难达到市场要求。要依靠精细的、可控的制件成型方式，才能获得综合性能优异的具有梯度结构的多孔电磁屏蔽制件。
[0004]本专利技术人利用3D打印技术，结合冷冻干燥、超临界发泡等成孔技术，设计具有特定宏观梯度结构的多孔轻质的电磁屏蔽制品，实现低反射高吸收的电磁屏蔽制件的个性化制备。一方面，孔结构的存在不仅降低了材料用量、减轻了制件质量，还增加了电磁波在制件内部的通过路径、增大吸收占比；另一方面，3D打印设计的金字塔型宏观梯度框架结构可以实现对电磁波通过路径的调控，进而同时提升电磁屏蔽性能和吸收占比。宏观梯度框架结构与孔结构协同提升电磁屏蔽制件对电磁波的吸收，这为新型电磁屏蔽制件的设计提供了新思路。目前结合3D打印和成孔技术制备含梯度框架结构的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件还未见报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是针对现有电磁屏蔽制件制备技术种存在的不足，首先提供一种基于
梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件的制备方法。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种由上述方法制备的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件。
[0007]本专利技术提供的基于梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件的制备方法，其特征在于该方法是利用3D打印方式将含导电填料和磁性粒子的聚合物基复合材料制备成具有特定三维梯度结构的制件，再利用成孔技术对获得的制件进行成孔处理，得到基于梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件。
[0008]以上方法所述3D打印方式为墨水直写(DIW)3D打印和熔融层积成型(FDM)3D打印。
[0009]以上方法所述成孔技术为冷冻干燥技术和超临界二氧化碳发泡技术，冷冻干燥针对墨水直写3D打印制品，超临界二氧化碳发泡针对熔融层积成型3D打印制品。
[0010]以上方法所述导电填料包括碳纳米管(CNT)、石墨烯纳米片(GNP)、还原氧化石墨烯(rGO)、纳米金属线(银、铜、铂、金)、纳米金属颗粒(铁、铝、银、铜、铂、金)、炭黑。
[0011]以上方法所述磁性粒子为四氧化三铁(Fe3O4)颗粒、纳米镍粉(Ni)、氧化钴纳米颗粒。
[0012]以上方法所述特定三维梯度结构通过以一定方式排列打印丝条而实现，根据丝条三维排布的疏密程度可称其为金字塔型(Pyramid)结构，具体结构为上层丝条中间致密外部稀疏，下层丝条中间与外部均致密。
[0013]以上方法所述聚合物包括纤维素纳米纤维(CNF)、聚乙烯醇(PVA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚烯烃弹性体(POE)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸
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己二酸丁二醇酯(PBAT)、有机硅树脂。
[0014]需要说明的是以上方法所述墨水直写3D打印方式对聚合物基材料进行加工时，需要溶剂作为粘度调节剂，所述溶剂为水(H2O)、N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)、N,N
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二甲基乙酰胺(DMAc)、丙酮、四氢呋喃以及他们的混合溶剂。
[0015]以上方法所述熔融层积成型3D打印方式在对聚合物基材料进行加工时，需要对聚合物进行加热，加热温度区间为聚合物熔点以上5～50℃，具体参数根据材料流动性而定。
[0016]本专利技术提供的由上述方法制备的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件，其特征在于该器件是由以一定疏密程度三维排布的打印丝条组成，丝条排布方式为金字塔型排布，即上层中间致密外部稀疏，下层中间与外部均致密，除了丝条搭接点之间的孔隙，丝条内也存在大量孔洞结构，孔隙率大于50％。
[0017]以上所述器件(厚度1.8～4mm)电磁屏蔽性能可达30～60dB，吸收系数可达0.5～0.7。
[0018]以上所述器件丝条由导电填料、磁性粒子和聚合物基体组成：
[0019]导电填料15～90wt％磁性粒子1～10wt％聚合物9～84wt％
[0020]以上所述器件由墨水直写3D打印方式制备成型时，器件所含导电填料含量优选70～90wt％，所含磁性粒子含量优选5～10wt％，所含聚合物含量优选5％～25wt％。
[0021]以上所述器件由熔融层积成型3D打印方式制备成型时，器件所含导电填料含量优
选15～30wt％，所含磁性粒子含量优选1～5wt％，所含聚合物含量优选65％～84wt％。
[0022]以上所述器件丝条所含导电填料为碳纳米管(CNT)、石墨烯纳米片(GNP)、还原氧化石墨烯(rGO)、纳米金属线(银、铜、铂、金)、纳米金属颗粒(铁、铝、银、铜、铂、金)、炭黑的任一种或两种。
[0023]以上所述器件丝条所含磁性粒子为四氧化三铁(F本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件的制备方法，其特征在于该方法是利用3D打印方式将含导电填料和磁性粒子的聚合物基复合材料制备成具有特定三维梯度结构的制件，再利用成孔技术对获得的制件进行成孔处理，得到基于梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件。2.根据权利要求1所述的基于梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件的制备方法，其特征在于该方法中所述的3D打印方式为墨水直写(DIW)3D打印和熔融层积成型(FDM)3D打印。3.根据权利要求1所述的基于梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件的制备方法，其特征在于该方法所述成孔技术为冷冻干燥技术和超临界二氧化碳发泡技术，冷冻干燥针对墨水直写3D打印制品，超临界二氧化碳发泡针对熔融层积成型3D打印制品。4.根据权利要求1所述的基于梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件的制备方法，其特征在于该方法所述的导电填料包括碳纳米管(CNT)、石墨烯纳米片(GNP)、还原氧化石墨烯(rGO)、纳米金属线(银、铜、铂、金)、纳米金属颗粒(铁、铝、银、铜、铂、金)、炭黑。5.根据权利要求1所述的基于梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件的制备方法，其特征在于该方法所述的磁性粒子为四氧化三铁(Fe3O4)颗粒、纳米镍粉(Ni)、氧化钴纳米颗粒。6.根据权利要求1所述的基于梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件的制备方法，其特征在于该方法所述的特定三维梯度结构通过以一定方式排列打印丝条而实现，按照丝条三维排布的疏密程度可以看作是金字塔型(Pyramid)结构。7.根据权利要求1所述的基于梯度结构设计的低反射高吸收多孔电磁屏蔽器件的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺丽蓉，赵辉，曾叔龙，
申请(专利权)人：奇绩苏州精密科技有限公司，
类型：发明
国别省市：