一种多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜及其制备方法；其中，制备方法以CNF/PDA为力学层，以PDA@MXene为屏蔽层，经多次交替真空抽滤，制备多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜。由本发明专利技术的制备方法制得的复合电磁屏蔽薄膜在保持MXene基复合薄膜良好电磁屏蔽性能的同时，利用高粘附性的PDA、力学性能良好的CNF和紧密排列PDA@MXene层，不仅能提升夹层和芯层内部的相互作用力，还可提高夹芯层之间的相互作用力，进而大幅提高薄膜的力学性能。本发明专利技术制备方法简单方便、重现性好、成本低，且具有良好的超声稳定性、储存稳定性和耐弯折性。储存稳定性和耐弯折性。

【技术实现步骤摘要】
一种多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合薄膜制备
，具体涉及一种多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，随着电磁屏蔽材料的快速发展，人们对电磁屏蔽材料也提出了更高的要求，尤其是机械性能方面的需求更是与日俱增。但MXene基薄膜的力学性能较差，不能满足日常的使用需求。经研究发现，MXene纳米片之间的弱作用力使薄膜脆性增加，最终导致力学性能较差。因此，研制兼具良好电磁屏蔽性能与力学性能的夹芯结构MXene基复合薄膜具有重要意义。
[0003]目前，改善MXene基复合薄膜力学性能，常采用以下两种方法：(1)引入能与MXene形成氢键、离子键、共价键或金属键的聚合物；(2)通过交联剂或粘合剂进行结构设计，以提升界面相互作用力，增加薄膜对拉伸负载的传递效率以提升力学性能。
[0004]然而，现有技术中对MXene基复合薄膜力学性能的改进往往会较大程度上影响薄膜的电磁屏蔽性能，使薄膜不能达到良好电磁屏蔽的要求。因此，迫切需要一种兼具良好电磁屏蔽性能和力学性能的MXene基复合薄膜。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜及其制备方法，该制备方法以CNF/PDA为力学层，以PDA@MXene为屏蔽层，经多次交替真空抽滤，制备多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜。
[0006]聚多巴胺(PDA)是一种生物粘合剂，能与各种表面形成氢键、范德华力、共价键、金属螯合等。PDA可与MXene的
‑
OH、
‑
O等官能团形成氢键，且儿茶酚基团可与MXene的Ti进行配位结合，从而提升MXene复合薄膜的力学性能。而纳米纤维素(CNF)具有活性基团多、强度高、轻质等特点，可用作添加剂对MXene复合薄膜进行力学增强。通过PDA的超强粘附性，一方面可增强聚合物之间的交联，另一方面可增强聚合物与MXene之间的相互作用力，进一步提升力学性能。
[0007]本专利技术的制备方法，在保持MXene基复合薄膜良好电磁屏蔽性能的同时，利用高粘附性的PDA、力学性能良好的CNF和紧密排列PDA@MXene层，不仅能提升夹层和芯层内部的相互作用力，还可提高夹芯层之间的相互作用力，进而大幅提高薄膜的力学性能。本专利技术制备方法简单方便、重现性好、成本低，且产品具有良好的超声稳定性、储存稳定性和耐弯折性。
[0008]一种多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将盐酸多巴胺水溶液加入MXene分散液中，搅拌，得到PDA@MXene分散液；
[0010](2)在纳米纤维素分散液中依次加入Tris
‑
HCl缓冲剂和盐酸多巴胺水溶液，持续
搅拌，得到CNF/PDA分散液；
[0011](3)将CNF/PDA分散液均匀倾倒于纤维素滤膜上，经真空抽滤，形成第一CNF/PDA层；
[0012](4)将PDA@MXene分散液均匀倾倒于纤维素滤膜上，真空抽滤，形成第二PDA@MXene层；
[0013](5)重复步骤(3)和(4)设定次数，干燥后剥离，得所述MXene基复合电磁屏蔽薄膜。
[0014]上述步骤(1)中：
[0015]作为优选，盐酸多巴胺水溶液的浓度为0.5～1.5mg/mL。
[0016]作为优选，MXene分散液的制备过程如下：
[0017]用HCl和LiF的混合溶液对Ti3AlC2进行选择性刻蚀、超声，得到含MXene的反应液；将反应液离心后取上清液，并配置成分散液，即得所述MXene分散液。
[0018]使用该方法制备得到的MXene片层厚度1～5μm，片层大小在1～5μm。
[0019]作为优选，MXene分散液的浓度为0.5～1.5mg/mL。
[0020]作为优选，MXene分散液与盐酸多巴胺的质量比为100：(1～8)。进一步优选为100：(4～7)。
[0021]作为优选，加入盐酸多巴胺水溶液后搅拌6～24h。
[0022]上述步骤(2)中：
[0023]作为优选，纳米纤维素(CNF)分散液的浓度为0.5～1.5mg/mL。
[0024]作为优选，盐酸多巴胺(DA)水溶液的浓度为0.5～1.5mg/mL。
[0025]作为优选，Tris
‑
HCl缓冲剂的浓度为5～20mmol/L。
[0026]作为优选，纳米纤维素与盐酸多巴胺的质量比为75:25～65:35。
[0027]作为优选，持续搅拌时间为6～24h。
[0028]上述步骤(3)中：
[0029]作为优选，CNF/PDA分散液的倾倒量为4～16g/m2。
[0030]作为优选，抽滤时间为5～30min。
[0031]上述步骤(4)中：
[0032]作为优选，PDA@MXene分散液的倾倒量为12～28g/m2。
[0033]作为优选，抽滤时间为0.5～4h。
[0034]上述步骤(5)中：
[0035]作为优选，假设步骤(3)的重复次数为n+1，则步骤(4)的重复次数为n，且n大于等于0。
[0036]作为优选，所得MXene基复合电磁屏蔽薄膜的层数为3～9层，且层数为奇数。
[0037]作为优选，对于设定面积大小的纤维素滤膜，无论复合电磁屏蔽薄膜的层数为多少，为控制薄膜的厚度恒定，CNF/PDA分散液和PDA@MXene分散液用量之和恒定，其范围为30～40g/m2；且所有CNF/PDA层所用CNF/PDA分散液量相等，所有PDA@MXene层所用PDA@MXene分散液量也相等。
[0038]一种多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜，由上述任一项所述的制备方法制备得到。本专利技术的多层夹芯结构MXene基复合薄膜不仅具有良好的电磁屏蔽性能和力学性能，还具有良好的超声稳定性、储存稳定性和耐弯折性。
[0039]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0040](1)PDA具有高粘附性，对MXene改性后，可有效提高MXene片层之间的相互作用力；利用PDA与CNF之间形成的作用力，进一步增强了MXene基复合薄膜的力学性能；
[0041](2)与MXene薄膜相比，多层夹芯结构MXene基复合薄膜的力学性能得到大幅改善；电磁屏蔽性能下降较小。与MXene薄膜相比，其断裂强度、断裂延伸度分别提高约26.5倍、3.8倍。其SE
T
为46.1dB，与MXene薄膜相比，仅下降了15.8％，屏蔽效率仍高达99.99％。
[0042](3)多层夹芯结构MXene基复合薄膜具有良好的超声稳定性、储存稳定性和耐弯折性。
[0043](4)本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将盐酸多巴胺水溶液加入MXene分散液中，搅拌，得到PDA@MXene分散液；(2)在纳米纤维素分散液中依次加入Tris
‑
HCl缓冲剂和盐酸多巴胺水溶液，持续搅拌，得到CNF/PDA分散液；(3)将CNF/PDA分散液均匀倾倒于纤维素滤膜上，经真空抽滤，形成第一CNF/PDA层；(4)将PDA@MXene分散液均匀倾倒于纤维素滤膜上，真空抽滤，形成第二PDA@MXene层；(5)重复步骤(3)和(4)设定次数，干燥后剥离，得所述MXene基复合电磁屏蔽薄膜。2.根据权利要求1所述的多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，盐酸多巴胺水溶液的浓度为0.5～1.5mg/mL；MXene分散液的浓度为0.5～1.5mg/mL。3.根据权利要求1所述的多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，MXene分散液与盐酸多巴胺的质量比为100：(1～8)。4.根据权利要求1所述的多层夹芯结构增强增韧的MXene基复合电磁屏蔽薄膜的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉莉，马震方，李相谕，李硕康，吴明华，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：