一种陶瓷纤维膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷纤维膜及其制备方法和应用。本发明专利技术的陶瓷纤维膜由中空的纳米陶瓷纤维交织而成，其制备方法包括以下步骤：1)将陶瓷前驱体和有机聚合物分散在溶剂中制成纺丝液；2)采用同轴针头进行静电纺丝，同轴针头的外层通入纺丝液，同轴针头的内层通入溶剂或有机助剂溶液，再进行固化、热解和烧结，即得陶瓷纤维膜。本发明专利技术的陶瓷纤维膜具有优异的电磁屏蔽和红外隐身效果，且轻薄、柔韧性好、制备工艺简单、成本低，方便人体穿戴以及集成到电子器件和武器装备之中，具有十分广阔的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷纤维膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及陶瓷纤维膜
，具体涉及一种陶瓷纤维膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]通信领域和国防领域对于任何国家而言都是重点领域，而具有电磁屏蔽功能或/和红外隐身功能的材料属于这两个领域的研究重点之一。随着现代电子设备向小型化、轻量化、多功能化和组装高密度化发展，电子设备受到的电磁干扰问题越来越严重，必须有效地屏蔽电磁干扰，才能维持电子设备正常的信号传输，提高可靠性。隐身技术是国防领域的关键技术，与装备在战场上的生存情况息息相关，它是未来决定战争输赢的重要因素，是各国军队竞相争夺的高地之一，而红外隐身材料的开发至关重要。薄膜材料具有轻、薄、柔韧等特性，方便人体穿戴和集成到电子器件或武器装备之中，因此具备电磁屏蔽和红外隐身效果的薄膜材料具有十分广阔的应用前景。
[0003]目前，具有电磁屏蔽功能或/和红外隐身功能的薄膜材料主要分为以下几类：1)金属膜，具有优异的电磁屏蔽和红外隐身效果，对电磁波屏蔽以反射为主，吸收效果差，容易被雷达设备侦察到，且金属膜较笨重，不易穿戴和集成，同时不耐酸碱腐蚀和高温氧化；2)碳膜，具有优异的电磁屏蔽和红外隐身效果，对电磁波屏蔽以反射为主，吸收效果差，在高温有氧环境中容易发生氧化而失效；3)高分子薄膜，具有优良的成型工艺性，耐酸碱腐蚀，但对电磁波屏蔽和红外隐身效果较差。综上可知，现有的具有电磁屏蔽功能或/和红外隐身功能的薄膜材料均存在明显的缺陷，难以满足日益增长的实际需求。
[0004]因此，开发一种电磁屏蔽和红外隐身效果优异、轻薄、柔韧性好的薄膜材料具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种陶瓷纤维膜及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]一种陶瓷纤维膜，其由中空的纳米陶瓷纤维交织而成。
[0008]优选的，所述中空的纳米陶瓷纤维为中空的纳米碳化硅陶瓷纤维、中空的纳米碳化锆陶瓷纤维、中空的纳米氮化硅陶瓷纤维、中空的纳米硼化锆陶瓷纤维、中空的纳米氧化铝陶瓷纤维、中空的纳米莫来石陶瓷纤维、中空的纳米氧化锆陶瓷纤维、中空的纳米氧化钛陶瓷纤维、中空的纳米氧化铪陶瓷纤维、中空的纳米氧化钨陶瓷纤维、中空的纳米氧化锌陶瓷纤维、中空的纳米氧化钇陶瓷纤维、中空的纳米碳化硅
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碳化锆陶瓷纤维、中空的纳米碳化硅
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硼化锆陶瓷纤维、中空的纳米碳化硅
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氮化硅陶瓷纤维、中空的纳米氧化铝
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氧化锆陶瓷纤维、中空的纳米氧化铝
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氧化铪陶瓷纤维、中空的纳米氧化硅
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氧化钛陶瓷纤维、中空的纳米氧化硅
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氧化钨陶瓷纤维中的至少一种。
[0009]优选的，所述中空的纳米陶瓷纤维的外径为50nm～5000nm，内径为10nm～200nm。
[0010]优选的，所述陶瓷纤维膜的厚度为10μm～500μm。
[0011]上述陶瓷纤维膜的制备方法包括以下步骤：
[0012]1)将陶瓷前驱体和有机聚合物分散在溶剂中制成纺丝液；
[0013]2)采用同轴针头进行静电纺丝，同轴针头的外层通入纺丝液，同轴针头的内层通入溶剂或有机助剂溶液，再进行固化、热解和烧结，即得陶瓷纤维膜。
[0014]优选的，上述陶瓷纤维膜的制备方法包括以下步骤：
[0015]1)将陶瓷前驱体溶液和有机聚合物溶液混合制成纺丝液；
[0016]2)采用同轴针头进行静电纺丝，同轴针头的外层通入纺丝液，同轴针头的内层通入溶剂或有机助剂溶液，再进行固化、热解和烧结，即得陶瓷纤维膜。
[0017]优选的，步骤1)所述陶瓷前驱体、有机聚合物的质量比为1:0.2～1:10。
[0018]优选的，步骤1)所述陶瓷前驱体为碳化硅陶瓷前驱体、碳化锆陶瓷前驱体、氮化硅陶瓷前驱体、硼化锆陶瓷前驱体、氧化铝陶瓷前驱体、莫来石陶瓷前驱体、氧化锆陶瓷前驱体、氧化钛陶瓷前驱体、氧化铪陶瓷前驱体、氧化钨陶瓷前驱体、氧化锌陶瓷前驱体、氧化钇陶瓷前驱体、氧化硅陶瓷前驱体中的至少一种。
[0019]优选的，步骤1)所述陶瓷前驱体溶液的制备方法为：
[0020]将金属盐分散在有机溶剂中，再加入有机配体，再加水进行缩聚反应，即得陶瓷前驱体溶液；
[0021]或者，将聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚硅氧烷中的一种分散在有机溶剂中，即得陶瓷前驱体溶液。
[0022]优选的，所述有机配体为草酸、乙酸、甲酸、硝酸、水杨酸、柠檬酸、羟基乙酸、乙酰丙酮、乙二胺、三乙胺、二乙醇胺中的至少一种。
[0023]优选的，步骤1)所述有机聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚氨酯、酚醛树脂、聚丙烯腈、沥青、环氧树脂中的至少一种。有机聚合物既具有辅助成型的作用，又具有提供碳源的作用。
[0024]进一步优选的，步骤1)所述有机聚合物为聚酰亚胺、酚醛树脂、聚丙烯腈、沥青中的至少一种。聚酰亚胺、酚醛树脂、聚丙烯腈和沥青热解后残碳率较高。
[0025]优选的，步骤1)所述溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙酸乙酯、正己烷、环己烷、二氯甲烷、氯仿、甲苯、二甲苯、乙醇、丙醇、丁醇中的至少一种。
[0026]优选的，步骤2)所述静电纺丝参数为：喷丝头处接10kV～20kV的电压，收集装置接
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10kV～0kV的电压，同轴针头的内置针头规格为20G～30G，外置针头规格为10G～20G，喷丝头与收集装置之间的距离为10cm～15cm，纺丝液供给速度为1mL/h～3mL/h。
[0027]进一步优选的，步骤2)所述静电纺丝参数为：喷丝头处接10kV～20kV的电压，收集装置接
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10kV～0kV的电压，同轴针头的内置针头规格为20G～23G，外置针头规格为14G～17G，喷丝头与收集装置之间的距离为10cm～15cm，纺丝液供给速度为1mL/h～1.5mL/h。
[0028]优选的，步骤2)所述静电纺丝在环境温度20℃～30℃、相对湿度25％～75％的条件下进行。
[0029]进一步优选的，步骤2)所述静电纺丝在环境温度20℃～30℃、相对湿度30％～40％的条件下进行。
[0030]优选的，步骤2)所述溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙酸乙酯、正己烷、环己
烷、二氯甲烷、氯仿、甲苯、二甲苯、乙醇、丙醇、丁醇、水中的至少一种。
[0031]优选的，步骤2)所述有机助剂溶液为聚甲基丙烯酸甲酯溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液、甲基纤维素溶液、乙基纤维素溶液、羟丙基纤维素溶液、石蜡溶液中的至少一种。同轴针头的内层通入溶剂或有机助剂溶液起到填充和支撑的作用，可以在固化、热解和烧结的过程中去除。
[0032]优选的，步骤2)所述固化的方式为高温空气固化或湿气固化。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷纤维膜，其特征在于，其由中空的纳米陶瓷纤维交织而成。2.根据权利要求1所述的陶瓷纤维膜，其特征在于：所述中空的纳米陶瓷纤维为中空的纳米碳化硅陶瓷纤维、中空的纳米碳化锆陶瓷纤维、中空的纳米氮化硅陶瓷纤维、中空的纳米硼化锆陶瓷纤维、中空的纳米氧化铝陶瓷纤维、中空的纳米莫来石陶瓷纤维、中空的纳米氧化锆陶瓷纤维、中空的纳米氧化钛陶瓷纤维、中空的纳米氧化铪陶瓷纤维、中空的纳米氧化钨陶瓷纤维、中空的纳米氧化锌陶瓷纤维、中空的纳米氧化钇陶瓷纤维、中空的纳米碳化硅
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碳化锆陶瓷纤维、中空的纳米碳化硅
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硼化锆陶瓷纤维、中空的纳米碳化硅
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氮化硅陶瓷纤维、中空的纳米氧化铝
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氧化锆陶瓷纤维、中空的纳米氧化铝
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氧化铪陶瓷纤维、中空的纳米氧化硅
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氧化钛陶瓷纤维、中空的纳米氧化硅
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氧化钨陶瓷纤维中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的陶瓷纤维膜，其特征在于：所述中空的纳米陶瓷纤维的外径为50nm～5000nm，内径为10nm～200nm。4.权利要求1～3中任意一项所述的陶瓷纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将陶瓷前驱体和有机聚合物分散在溶剂中制成纺丝液；2)采用同轴针头进行静电纺丝，同轴针头的外层通入纺丝液...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勃兴，胡鸿丽，张笛，王林格，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：