一种具有非对称结构的定向电磁屏蔽复合材料的双针头3D打印制备方法技术

本发明专利技术属于电磁屏蔽复合材料技术领域，具体涉一种具有非对称结构的定向电磁屏蔽复合材料的双针头3D打印制备方法。采用双针3D打印技术构建了不同孔径和电导率的不对称还原氧化石墨烯(rGO)和Fe3O4/rGO和MXene(rGF/rGM)支架。在封装和固化后，制备了rGF/rGM/PDMS复合材料。当电磁波从rGF层和rGM层入射时，rGF

【技术实现步骤摘要】
一种具有非对称结构的定向电磁屏蔽复合材料的双针头3D打印制备方法


[0001]本专利技术属于电磁屏蔽复合材料
，具体涉及一种具有非对称结构的定向电磁屏蔽复合材料的双针头3D打印制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代电子技术朝着小型化和集成化的方向发展，一些特殊设备在传输有效信号时应避免与外部电磁波的干扰。因此，定向电磁屏蔽材料可以在电磁波的不同入射面产生不同的屏蔽效率，是特殊电子器件的理想造择。材料的性能总是由其结构决定的，因此在不牺牲固有优势和属性的情况下设计和控制材料的结构对于实现定制电磁屏蔽材料具有重要意义。
[0003]根据研究，夹层结构、多孔结构和隔离结构对电磁屏蔽有不可忽视的影响。高性能电磁干扰屏蔽材料的特殊结构具有很大的发展前景，但利用层状不对称结构实现定向电磁干扰屏蔽的材料报道仍然很少结构优势不仅避免了范德华力引起的难以处理的层状堆积和聚集，而且还通过提供大量可接近的表面积和有效的电子或负载转移路径来最大限度地发挥材料的功能3D打印技术在优化和定制复杂结构方面具有巨大潜力。尽管如此，目前的大多数研究都集中在用单针组装材料以及缺乏垂直方向的结构调节。为了成功地利用双针3D打印技术来收集各种材料的优点并进行特殊的结构设计，从而实现协同效应和特殊性能，需要进一步的探索和研究。传统的金属基材料由于其固有的高密度、腐蚀性、刚性和加工难度，不适合用于智能和精细电子产品。氧化石墨烯由2D sp2碳原子键合层组成，具有良好的导热性、导电性和机械刚度。为了增强和补充氧化石墨烯基复合材料在特定应用中的性能，通常会添加特定的无机纳米材料。电磁波的高吸收通常是通过调整磁性粒子的含量来实现的。然而，为了进一步改善阻抗匹配，实现具有超顺磁性和导电性的复合材料，材料的结构设计也值得进一步探索。

技术实现思路

[0004]本文采用双针头3D打印技术组装了具有非对称结构的rGF/rGM/PDMS复合材料，实现了定向电磁屏蔽的特性。GO用作衬底，通过添加磁性Fe3O4在顶部提供强磁耦合网络，而多孔3D框架结构为EMW反射和散射提供额外的活性位点，以改善材料的整体阻抗匹配，从而获得优异的吸收效率。通过在底部引入高导电性MXene，GO用于改变MXene油墨的流变性，不仅实现了无需添加其他添加剂的MXcnc油墨的直写印刷，而且还提供了强大的导电损失，以发挥电磁波反射层的作用。GF层排列松散、GM层排列紧密、无孔结构的rGF/rGM/PDMS复合材料表现出明显的不对称性。退火和固化后，rGF/rGM/PDMS复合材料表现出定向电磁屏蔽性能。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]采用12M盐酸和氟化锂选择性刻蚀Ti3AlC2中的金属Al层，经过超声之后从而生成少片层Ti3C2T
x
。冷冻干燥之后形成Ti3C2T
x
纳米片；
[0007]采用改进的Hummer方去将石墨剥离成少片层氧化石墨烯，冷冻干燥之后形成氧化石墨烯纳米片；
[0008]将冷冻干燥后的Ti3C2T
x
和GO按照一定的比例分散到水中形成分散液并超声处理15min，将上述分散液转移至玛瑙研钵中研磨，从而配置成GM打印墨水。同理将Fe3O4和GO按照一定的质量比配制成GF打印墨水；
[0009]将上述制备完成的打印墨水通过3D打印机直接挤出打印，得到具有非对称结构GF/GM电三维框架；
[0010]将上述三维框架在氮气气氛下进行控制氧化，得到高电导和磁导的rGF/rGM三维框架；
[0011]将上述在氮气下控制氧化的三维框架经过真空浸渍在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中，得到rGF/rGM/PDMS复合材料。
[0012]优选的，所述刻蚀反应的水浴加热温度为45℃，加热搅拌时间为48h，超声功率为600W，超声时间为30min。
[0013]优选的，所述权剥离条件的水浴加热温度为50℃，加热搅拌时间为24h。
[0014]优选的，所述Ti3C2T
x
和GO质量比为1∶1，Fe3O4和GO质量比为15％∶1，分散液浓度需达到60mg/mL，超声功率为600W，研磨时间为20min。
[0015]优选的，所述打印参数的设置如下，其打印温度为
‑
10℃，挤出压力为70Pa，针头直径为034mm，接收速度为10mm/s，GF层的线条间距设置为0.2mm，而GM层的线条间距设置为0mm。
[0016]优选的，所述碳化处理条件：升温速率为3℃/min，在500℃下保温4h。
[0017]本专利技术提供了上述方案所述制备方法制备的到的一种具有非对称结构的rGF/rGM/PDMS定向电磁屏蔽复合材料及其双针头3D打印制备方法，包括利用Ti3C2T
x
、GO和Fe3O4纳米片配置具有可打印性的3D打印油墨，和利用线条间隙的差异所产生的不同孔径大小而形成的具有非对称结构的打印方法。
[0018]本专利技术采用双针头3D打印技术制备非对称结构的定向电磁屏蔽复合材料，以氧化石墨烯为基材，分别通过引入高电导的二维MXene纳米片作为电导层，引入磁性粒子Fe3O4作为磁导层，同时利用双针头3D打印技术构建不对称的孔隙大小三维框架进而产生更大的性能与结构差异。多孔rGF层改善了阻抗匹配并提供了磁损耗，而紧密rGM层的高导电性和极化效应实现了有效衰减。然后利用PDMS真空封装，组装具有不对称结构的rGF/rGM/PDMS定向电磁屏蔽复合材料。
附图说明
[0019]图1为打印油墨的粘度与剪切速率的函数关系图。
[0020]图2为打印油墨的存储模量和损耗模量与剪切力的函数关系图。
[0021]图3为rGF/rGM三维框架俯视图的扫描电子显微镜图。
[0022]图4为rGF/rGM三维框架仰视图的扫描电子显微镜图。
[0023]图5为rGF/rGM三维框架截面的扫描电子显微镜图。
[0024]图6为从rGF层入射的电磁屏蔽效能图。
[0025]图7为从rGM层入射的电磁屏蔽效能图。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术提供的一种具有非对称结构的定向电磁屏蔽复合材料的双针头3D打印制备方法进行详细说明。实施例1：
[0027]一种具有非对称结构的定向电磁屏蔽复合材料的双针头3D打印制备方法，具体流程包括如下步骤：
[0028]采用12M盐酸和3.2g氟化锂选择性刻蚀2gTi3AlC2中的金属Al层，刻蚀反应的水浴加热温度为45℃，加热搅拌时间为48h，经过600W超声之后30min从而生成少片层Ti3C2T
x
，冷冻干燥之后形成Ti3C2T
x
纳米片；
[0029]采用改进的Hummer方法将石墨剥离成少片层氧化石墨烯，冷冻干燥之后形成氧化石墨烯纳米片；
[0030]将冷冻干燥后的Ti3C2T
x
和GO按本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有非对称结构的定向电磁屏蔽复合材料的双针头3D打印制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)采用12M盐酸和氟化锂选择性刻蚀Ti3AlC2中的金属铝层，经过超声之后从而生成少片层Ti3C2T
x
，冷冻干燥之后形成Ti3C2T
x
纳米片；(2)采用改进的Hummer方法将石墨剥离成少片层氧化石墨烯，冷冻干燥之后形成氧化石墨烯纳米片；(3)将冷冻干燥后的Ti3C2T
x
和GO按照一定的比例分散到水中形成分散液并超声处理15min，将上述分散液转移至玛瑙研钵中研磨，从而配置成GM打印墨水。同理将Fe3O4和GO按照一定的质量比配制成GF打印墨水；(4)将上述制备完成的打印墨水通过3D打印机直接挤出打印，得到具有非对称结构GF/GM电三维框架；(5)将上述三维框架在氮气气氛下进行控制氧化，得到高电导和磁导的rGF/rGM三维框架；(6)将上述在氮气下控制氧化的三维框架经过真空浸渍在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中，得到rG...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志伟，刘光德，裴晓园，于荣荣，刘胜凯，邵瑞琪，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：