具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料及其制备方法，包括：获得聚合物溶液；将液态金属加入聚合物溶液中，经机械搅拌获得混合乳状液；将混合乳状液流延，获得液态金属颗粒/聚合物复合材料；所得材料经等双轴拉伸、固定、热处理，保留拉伸状态，得到液态金属薄片/聚合物复合材料；将所得材料上表面流延一层混合乳状液，并进行叠层处理；重复流延和层叠，所得材料再经热压处理、加热固化，得到具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料。本发明专利技术具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料及其制备方法实现了柔性和高电磁屏蔽性能的结合，制得材料电磁屏蔽效能呈各向同性，且具有优异的柔性和拉伸性，具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电磁屏蔽
，涉及具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]第五代通信技术、物联网技术与柔性电子技术的发展与普及将促使电子元器件向高频化、小型化、多功能化、柔性化和高集成化方向发展，进而引起功率密度不断攀升，电子元器件及微纳米尺度互联电路中产生的电磁波也大幅增加，由此引起的电磁干扰严重影响器件运行的稳定性和安全性，而且污染生活环境、危害人体健康。为防止电磁干扰带来的危害，普遍采用具有高电磁屏蔽效能的柔性材料对电磁波进行抑制和屏蔽。一般而言，民用领域要求材料的电磁屏蔽效能高于20dB，军事领域要求高于40dB。
[0003]传统具有高电导率的铜、铝等金属材料具有优异的电磁屏蔽性能，但是其机械变形能力低，弹性模量高，不能满足柔性电子技术对大变形和柔性的要求。近年来，为了提高材料的柔性，研究人员利用刚性的高导电材料(金属颗粒与纤维、石墨烯、碳纳米管、Mxene薄片等)为功能填料，以高拉伸的柔性弹性体为基体，开发了众多柔性电磁屏蔽复合材料。然而，刚性导电填料的引入不仅会降低电磁屏蔽复合材料的柔性和机械变形能力，而且应力会引起电磁屏蔽复合材料的电导率下降和厚度变薄，从而导致电磁屏蔽性能随着应变的增加而降低。
[0004]为解决电磁屏蔽效能在拉伸后降低的问题，研究人员将本征柔性的液态金属三维骨架封装在弹性体基体内部，获得了兼具柔性和高电磁屏蔽特性的复合材料，但是这类材料中的液态金属容易流动进而发生流出泄露，造成性能下降和环境污染风险。
[0005]研究人员尝试通过将液态金属颗粒分散在弹性体内部来实现柔性、高电磁屏蔽性能和结构稳定性的结合。但是，基于液态金属颗粒的柔性复合材料中存在下述三个问题：(1)在未受应力作用下，复合材料中的液态金属颗粒呈弥散分布，颗粒之间连通性很差，电导率低，材料的电磁屏蔽效能小于10dB，远低于实际应用的要求；(2)尽管拉伸能够引起电磁屏蔽性能的升高，液态金属颗粒转变为定向纤维结构，但是电磁屏蔽性能呈现强各向异性，虽然当电磁波的电场方向与定向纤维平行时，电磁屏蔽性能可增加至20～26dB，但当电磁波电场方向与液态金属的纤维方向垂直时，电磁屏蔽效能仅为5dB左右，不能满足应用要求；(3)沿着应变方向的较高电磁屏蔽效能仅能在处于外在应力拉伸下获得，由于聚合物基体具有回弹性，当外在应力卸载后，材料回弹至不受应力状态，导致材料在拉伸后的微观结构和性能不能保留在不受应力的试样中，其电磁屏蔽性能仍然会下降至10dB以下。
[0006]综上，过低的电磁屏蔽效能和强各向异性严重地限制了基于液态金属颗粒的复合材料在实际电磁屏蔽场景中的应用，亟待研究和开发具有高电磁屏蔽效能的柔性复合材料。

技术实现思路

[0007]为了达到上述目的，本专利技术实施例提供了一种具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料及其制备方法，实现了柔性和高电磁屏蔽性能的结合，采用制备方法操作简便、易于实现，制得的液态金属薄片/弹性体复合材料结构稳定，电磁屏蔽效能呈各向同性，在未受应力和受应力状态下均保持良好的电磁屏蔽效能，且具有优异的柔性和拉伸性，具有广泛的应用前景，解决了现有技术中存在的基于液态金属颗粒的复合材料电磁屏蔽效能过低和强各向异性的问题。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是，具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一：将聚合物以1：(10～30)的质量比加入至溶剂中，经磁力搅拌，获得聚合物溶液；
[0010]步骤二：将液态金属以(1～5):(5～9)的体积比加入至聚合物溶液中，经机械搅拌，获得混合乳状液；
[0011]步骤三：将混合乳状液流延在基板上，将载有流延物的基板进行抽真空处理，经真空烘干，获得液态金属颗粒/聚合物复合材料；
[0012]步骤四：将液态金属颗粒/聚合物复合材料等双轴拉伸至50％～600％面应变，然后固定等双轴拉伸后的液态金属薄片/聚合物复合材料，得到固定在等双轴拉伸平台上的液态金属薄片/聚合物复合材料；
[0013]步骤五：将固定在等双轴拉伸平台上的液态金属薄片/聚合物复合材料在60℃～120℃的温度条件下加热2h～4h，然后自然冷却至室温，得到保留拉伸状态的液态金属薄片/聚合物复合材料；
[0014]步骤六：将步骤五得到的液态金属薄片/聚合物复合材料的上表面流延一层步骤二配制的混合乳状液，以1℃/min～4℃/min的升温速率升温至40℃～60℃，在此温度下加热1h～4h，得到上表面半固化的液态金属薄片/聚合物复合材料；
[0015]步骤七：将两片上表面半固化的液态金属薄片/聚合物复合材料以各自的上表面为层叠接触面，进行叠层，得到层叠的液态金属薄片/聚合物复合材料；
[0016]步骤八：重复步骤六的流延工艺和步骤七中的叠层工艺，获得层数为10层～20层的多层层叠的液态金属薄片/聚合物复合材料；
[0017]步骤九：将步骤八中获得的多层层叠的液态金属薄片/聚合物复合材料放置在热压机模具中，经热压处理、加热固化，得到所述具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料。
[0018]进一步地，步骤一中，聚合物为热塑性弹性体，所述溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮、丁酮中的任一种。
[0019]更进一步地，热塑性弹性体包括：氢化苯乙烯
‑
丁二烯嵌段共聚物、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯酸酯、聚酯、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶中的任一种。
[0020]进一步地，步骤一中，磁力搅拌具体为：在20℃～60℃的温度条件下，以100r/min～400r/min的搅拌速率磁力搅拌12h～48h。
[0021]进一步地，步骤二中，液态金属为熔点低于30℃的纯液态金属或液态金属合金，成分包括Ga、In、Sn、Bi、Hg中的至少一种。
[0022]进一步地，步骤二中，机械搅拌具体为：在20℃～40℃的温度条件下，以50r/min～
200r/min的搅拌速率机械搅拌2h～12h。
[0023]进一步地，步骤三中，真空烘干的工艺条件具体为：真空烘干温度为60℃～100℃，真空烘干时间为1h～4h。
[0024]进一步地，步骤九中，热压处理具体为：在100℃～120℃的温度条件下施加50kPa～100kPa压力，进行热压处理10min～60min。
[0025]进一步地，步骤九中，加热固化具体为：在60℃～100℃的温度条件下进行加热固化1h～4h。
[0026]本专利技术的另一专利技术目的，在于提供具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料，根据上述制备方法制备而成。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028](1)本专利技术具体实施例制备的具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料，在等双轴拉伸和加热重塑过程中，液态金属从颗粒状转变为二维片状结构，且液态金属微米片的面内方向与拉伸方向平行，形成面内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将聚合物以1：(10～30)的质量比加入至溶剂中，经磁力搅拌，获得聚合物溶液；步骤二：将液态金属以(1～5):(5～9)的体积比加入至聚合物溶液中，经机械搅拌，获得混合乳状液；步骤三：将混合乳状液流延在基板上，将载有流延物的基板进行抽真空处理，经真空烘干，获得液态金属颗粒/聚合物复合材料；步骤四：将液态金属颗粒/聚合物复合材料等双轴拉伸至50％～600％面应变，然后固定等双轴拉伸后的液态金属薄片/聚合物复合材料，得到固定在等双轴拉伸平台上的液态金属薄片/聚合物复合材料；步骤五：将固定在等双轴拉伸平台上的液态金属薄片/聚合物复合材料在60℃～120℃的温度条件下加热2h～4h，然后自然冷却至室温，得到保留拉伸状态的液态金属薄片/聚合物复合材料；步骤六：将步骤五得到的液态金属薄片/聚合物复合材料的上表面流延一层步骤二配制的混合乳状液，以1℃/min～4℃/min的升温速率升温至40℃～60℃，在此温度下加热1h～4h，得到上表面半固化的液态金属薄片/聚合物复合材料；步骤七：将两片上表面半固化的液态金属薄片/聚合物复合材料以各自的上表面为层叠接触面，进行叠层，得到层叠的液态金属薄片/聚合物复合材料；步骤八：重复步骤六的流延工艺和步骤七中的叠层工艺，获得层数为10层～20层的多层层叠的液态金属薄片/聚合物复合材料；步骤九：将步骤八中获得的多层层叠的液态金属薄片/聚合物复合材料放置在热压机模具中，经热压处理、加热固化，得到所述具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料。2.根据权利要求1所述的具有高电磁屏蔽性能的柔性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述聚合物为热塑性弹性体，所述溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮、丁酮中的任一种。3.根据权利要求2所述的具有高电磁屏蔽...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚斌，吕晓洲，史尧光，张维强，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：