一种高性能太赫兹吸收复合织物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能太赫兹吸收复合织物及其制备方法，将预处理的芳纶纤维织物或玄武岩纤维织物在壳聚糖溶液中进行浸泡处理并烘干后，转移到石墨烯分散液中进行浸泡处理并烘干制得高性能太赫兹吸收复合织物；石墨烯分散液是将石墨烯、硅烷偶联剂和丝素分散在水中得到；制得的高性能太赫兹吸收复合织物包括柔性织物(芳纶纤维织物或玄武岩纤维织)基底层和导电涂层(丝素与硅烷偶联剂辅助分散的石墨烯层)，织物基底与导电涂层之间通过壳聚糖连接层连接。本发明专利技术的高性能太赫兹吸收复合织物的制备方法，具有快速大规模制备、成本低廉、操作简单、绿色环保等特点，制得的高性能太赫兹吸收复合织物吸波性能优异。吸收复合织物吸波性能优异。吸收复合织物吸波性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能太赫兹吸收复合织物及其制备方法


[0001]本专利技术属于电子材料
，涉及一种高性能太赫兹吸收复合织物及其制备方法。

技术介绍

[0002]太赫兹波一般是指频率段在0.1～10THz的电磁波，它在兼具红外与微波优点的同时还具备独特的频段优势。近年来，太赫兹技术在成像、检测、通讯、军事、太空及生物等多个领域取得重大突破，逐渐成为多个学科的研究热点。随着太赫兹技术在电子设备和信息通讯等前沿领域的推广，信息泄露和电磁干扰等安全风险越来越高，因此太赫兹屏蔽和吸波材料的开发在电磁防护、国防安全及信息保密等方面具有重要的研究意义。
[0003]具有结构丰富、电磁性质可调、制备简单等优点的碳基材料(炭黑、碳纳米管和石墨烯等)是重要的太赫兹屏蔽和吸波材料。文献1(Graphene Epoxy
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Based Composites as Efficient Electromagnetic Absorbers in the Extremely High
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Frequency Band)报道了一种填充型石墨烯环氧基复合材料，当厚度为1mm，石墨烯负载量为1.0wt.％时，在0.22～0.32THz频段内的吸收效能可以达到约22dB，且对环境的能量反射可忽略不计(ACS Applied Materials&Interfaces,2020,12,28635
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28644)。文献2(Nature Communications,2021,12,1
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9)利用化学气相沉积(CVD)生长大尺寸石墨烯片并将其层压进聚合物/石墨烯交替纳米层压结构中制备得到CVD石墨烯/PMMA(Gr/PMMA)纳米层压板，该策略可以有效解决纳米颗粒薄膜难以形成连续导电网络致使电导率下降的缺点，在1THz频段下吸收效能可达25dB(石墨烯体积含量为0.5％)。
[0004]但是，目前碳基太赫兹吸波材料的吸收率还比较低，其原因主要有两个方面：一是碳材料分散性较差，难以形成高效的导电网络结构；二是由于大多数结构复合材料表面和自由空间表面界面失配，导致太赫兹波在界面处产生了大量的反射。因此，如何提高碳材料分散性和降低表面反射来增强太赫兹吸波性能具有重要研究意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有技术中碳基太赫兹吸波材料存在由于碳材料分散性较差和表面反射高引起的吸波性能差问题，提供一种高性能太赫兹吸收复合织物及其制备方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种高性能太赫兹吸收复合织物，包括柔性织物基底层和导电涂层；
[0008]柔性织物基底层为芳纶纤维织物或玄武岩纤维织物；
[0009]导电涂层为丝素与硅烷偶联剂辅助分散的石墨烯层；
[0010]织物基底与导电涂层之间通过壳聚糖连接层以氢键作用相互连接。壳聚糖具有良好的吸附性和成膜性，因此将织物浸泡在壳聚糖溶液中时会通过静电作用在织物上吸附，而后丝素与硅烷偶联剂辅助分散的石墨烯中的羟基与壳聚糖中的羟基通过氢键作用相互
连接。
[0011]作为优选的技术方案：
[0012]如上所述的一种高性能太赫兹吸收复合织物，高性能太赫兹吸收复合织物在0.1～2.0THz范围内的平均吸收效能为25～30dB，最高吸收效能为30～37dB，测试采用高平均功率太赫兹自由电子激光装置(CTFEL装置)，断裂强力为731～825N(测试标准为GB/T 3923.1
‑
2013)。
[0013]本专利技术还提供制备如上所述的一种高性能太赫兹吸收复合织物的方法，将预处理的纤维织物在壳聚糖溶液中进行浸泡处理并烘干后，转移到石墨烯分散液中进行浸泡处理并烘干制得高性能太赫兹吸收复合织物；
[0014]纤维织物为芳纶纤维织物或玄武岩纤维织物；
[0015]石墨烯分散液是将石墨烯、硅烷偶联剂和丝素分散在水中得到。
[0016]作为优选的技术方案：
[0017]如上所述的方法，高性能太赫兹吸收复合织物的制备包括如下步骤：
[0018](1)将纤维织物剪裁成长和宽分别为20mm和10mm的矩形，置于碱性溶液中清洗干净，再用去离子水淋洗干净，然后烘干得到预处理的纤维织物；碱洗主要是洗去纤维织物表面的油脂，再去离子水淋洗是除去杂质和去除碱液的影响；
[0019](2)将预处理的纤维织物反复浸泡于壳聚糖水溶液中，每次浸泡10分钟，然后烘干得到壳聚糖改性纤维织物；
[0020](3)室温(23
±
2℃)下将石墨烯、硅烷偶联剂和丝素分散在水中，超声处理30分钟得到石墨烯分散液；
[0021](4)将壳聚糖改性纤维织物反复浸泡于石墨烯分散液中，每次浸泡10分钟，然后烘干得到高性能太赫兹吸收复合织物。
[0022]如上所述的方法，步骤(1)中碱性溶液为1M氢氧化钠水溶液；烘干的温度为60℃。
[0023]如上所述的方法，步骤(2)中壳聚糖水溶液的浓度为1～5wt.％。壳聚糖主要作用是为了提高织物基底与导电层的结合力，浓度过低则效果不佳，若浓度过高则容易在织物表面形成较厚的薄膜影响织物的柔韧性。当壳聚糖溶液浓度低于1wt.％时，不易形成连续的薄膜，需反复浸泡多次，效率较低；当壳聚糖溶液浓度高于5wt.％时，在织物表面形成的薄膜有一定厚度，影响织物柔韧性。因此选用1
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5wt.％浓度的壳聚糖溶液对织物的柔韧性影响较小且具有一定粘附性。
[0024]如上所述的方法，步骤(2)中浸泡的次数为2～5次(浸泡多次是为了增加壳聚糖附着量，也就是提高羟基基团数量)，烘干的温度为60℃。
[0025]如上所述的方法，步骤(3)中硅烷偶联剂为3
‑
(2,3
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环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷，3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷或3
‑
巯丙基三甲氧基硅烷；石墨烯、硅烷偶联剂和丝素的质量比为0.5～2:1～5:0.1～0.5，石墨烯分散液中石墨烯的含量为0.5～2wt.％。
[0026]如上所述的方法，步骤(4)中浸泡的次数为2～5次(浸泡多次是为了增加石墨烯含量，提高电导率，即使浸泡一次也会有石墨烯吸附，但由于附着量较少，可能会导致性能不佳)，烘干的温度为60℃。
[0027]本专利技术的原理如下：
[0028]壳聚糖具有丰富的羟基且具有一定粘性，本专利技术的太赫兹吸收复合织物，由于纤
维织物基底在壳聚糖改性后附着亲水性官能团，与表面导电涂层结合力提高，增加了太赫兹吸收复合织物的可靠性。同时，当太赫兹波穿过壳聚糖时，其中的氢键受激产生共振，偶极发生旋转取向，产生共振和弛豫，形成对太赫兹波的强烈吸收。
[0029]本专利技术中的石墨烯分散液，由于丝素和硅烷偶联剂的加入，提高了石墨烯在水中的分散性，首先丝素与硅烷偶联剂脱水缩合反应，形成均匀的交联物，再包裹于石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能太赫兹吸收复合织物，其特征在于：包括柔性织物基底层和导电涂层；柔性织物基底层为芳纶纤维织物或玄武岩纤维织物；导电涂层为丝素与硅烷偶联剂辅助分散的石墨烯层；织物基底与导电涂层之间通过壳聚糖连接层以氢键作用相互连接。2.根据权利要求1所述的一种高性能太赫兹吸收复合织物，其特征在于，高性能太赫兹吸收复合织物在0.1～2.0THz范围内的平均吸收效能为25～30dB，最高吸收效能为30～37dB，断裂强力为731～825N。3.制备如权利要求1或2所述的一种高性能太赫兹吸收复合织物的方法，其特征在于：将预处理的纤维织物在壳聚糖溶液中进行浸泡处理并烘干后，转移到石墨烯分散液中进行浸泡处理并烘干制得高性能太赫兹吸收复合织物；纤维织物为芳纶纤维织物或玄武岩纤维织物；石墨烯分散液是将石墨烯、硅烷偶联剂和丝素分散在水中得到。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，高性能太赫兹吸收复合织物的制备包括如下步骤：(1)将纤维织物剪裁成长和宽分别为20mm和10mm的矩形，置于碱性溶液中清洗，再用去离子水淋洗，然后烘干得到预处理的纤维织物；(2)将预处理的纤维织物反复浸泡于壳聚糖水溶液中，每次浸泡10分钟，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕思伊，吕银祥，蒋金华，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：