一种轻质高性能电磁屏蔽材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轻质电磁屏蔽材料及其制备方法，所述电磁屏蔽材料是以天然高分子材料为基体，以金属纳米线或者纳米颗粒为填料，用冷冻干燥法制备的一种金属纳米线/纳米颗粒&天然高分子气凝胶复合材料，具有机械强度高、接触电阻小、孔隙率高、密度小等优势，在8.2

【技术实现步骤摘要】
一种轻质高性能电磁屏蔽材料及其制备方法


[0001]本专利技术一种轻质高性能电磁屏蔽材料及其制备方法，具体涉及一种金属气凝胶基电磁屏蔽材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着电子通信和信息技术的迅速发展，有害的电磁辐射已经变得严重，影响着人类健康、敏感电子设备和系统的正常功能。因此，处理空间中有害的电磁辐射一直是一个被忽视的问题。解决这一问题的主要方法是阻碍电磁波在空间中的传导。高性能电磁干扰屏蔽材料在控制或降低电磁辐射导电性方面起着至关重要的作用。
[0003]根据法拉第笼效应，金属基材料，如铜、银及其合金，具有高导电性并能反射电磁波。然而，它们的高密度和环境稳定性差严重限制了它们的进一步发展。导电气凝胶电磁屏蔽材料具有低密度(<120mg
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cm
‑3)、大孔隙率(>90％)和超高比表面积(>1000m2·
g
‑1)的优点。常见的导电填料包括碳纳米管、石墨烯和金属纳米材料。其中，金属纳米材料因其优良的导电性、耐腐蚀性、适用温度范围宽、易在水溶液中处理而备受关注。然而，金属纳米材料稳定性低，形成气凝胶的力学性能较差。天然高分子材料是一种取之不尽的生物聚合物资源，具有热稳定性和气凝胶的化学稳定性，对金属材料有良好的保护作用。
[0004]因此，利用柔性导电金属和天然高分子材料制备具有轻质、力学性能以及电磁屏蔽性能优异的气凝胶具有广阔前景。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种轻质高性能电磁屏蔽材料及其制备方法，本专利技术材料是一种新型气凝胶电磁屏蔽材料，能有效的解决气凝胶材料机械强度差，接触电阻较大等问题。并且本专利技术方法所制备的气凝胶材料具有优异的自支撑性能和电磁屏蔽性能。
[0006]为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种轻质高性能电磁屏蔽材料，形成金属纳米材料
‑
天然高分子气凝胶复合材料的自支撑结构，金属纳米材料为金属纳米线或者金属纳米颗粒；所述磁屏蔽材料以天然高分子基材作为自支撑结构框架，由天然高分子材料在形成气凝胶的过程中，相互交联形成了多孔结构，构造材料孔道，并在孔道壁表面结合分布金属纳米材料，从而由天然高分子材料和金属纳米材料形成的孔壁分级结构；所述孔道为微米级孔隙，孔道的孔径尺寸为5
‑
25μm，孔隙率不低于95％。
[0008]优选地，电磁屏蔽材料的密度≤77mg
·
cm
‑3。
[0009]优选地，电磁屏蔽材料的拉伸强度不低于0.25MPa，压缩强度不低于1.4MPa。
[0010]优选地，电磁屏蔽材料在8.2
‑
12.4GHz波段的电磁屏蔽效率不低于89dB；优选地，电磁屏蔽材料的的电导率≥3000S
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m
‑1。
[0011]一种本专利技术所述轻质高性能电磁屏蔽材料的制备方法，其步骤如下：
[0012]步骤1、制备填料分散液：
[0013]采用金属纳米材料作为填料，将填料分散在极性溶剂中，得到填料分散溶液，备用；
[0014]步骤2、制备原料混合液：
[0015]采用天然高分子材料作为基体材料，将基体材料加入到在所述步骤1中制备的填料分散液中，混合震荡，使基体材料完全溶解，并与填料混合均匀，得到填料与天然高分子基材的复合的混合溶液；
[0016]步骤3、气凝胶电磁屏蔽复合材料的干燥成型：
[0017]将在所述步骤2中制备的混合溶液完全冰冻，然后进行冷冻干燥，得到金属纳米材料
‑
生物高分子气凝胶电磁屏蔽复合材料。
[0018]优选地，在所述步骤1中，所述极性溶剂采用水、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇中的至少一种。
[0019]优选地，在所述步骤1中，在所述填料分散液中，金属纳米材料的质量百分比为0.1～30wt.％。进一步优选地，金属纳米材料的质量百分比为0.7～2.0wt.％。进一步优选地，金属纳米材料为银、铜中的至少一种。
[0020]优选地，在所述步骤1中，金属纳米线或者金属纳米颗粒的直径不大于500nm。进一步优选地，金属纳米线或者金属纳米颗粒的直径为20～60nm。
[0021]优选地，在所述步骤2中，天然高分子材料为纤维素及纤维素的衍生物，所述纤维素及纤维素的衍生物粘度范围在100到4000mPa.s。
[0022]进一步优选地，天然高分子材料采用甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、氰乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。
[0023]优选地，在所述步骤2中，填料与基体材料进行震荡混合后，通过静置或者真空抽滤的方法去除混合溶液中的气泡；
[0024]优选地，在所述步骤2中，在填料与天然高分子基材的复合的混合溶液中，所述天然高分子材料加入量质量百分比为1～10wt.％。进一步优选地，所述天然高分子材料加入量质量百分比为3～5wt.％。
[0025]优选地，在所述步骤3中，对气凝胶电磁屏蔽复合材料进行干燥成型时，将金属块浸入到液氮中预冷，并保持金属块顶端高出液氮液面部分为金属块局部表面；将在所述步骤2中制备的混合溶液倒入到模具中，并使模具置于金属块顶端表面上；待模具中的混合溶液完全冰冻，将上述模具中的凝固材料继续进行冷冻干燥，得到金属纳米材料
‑
生物高分子气凝胶电磁屏蔽复合材料；干燥所需时间根据所制备的电磁屏蔽复合材料的尺寸大小和形状进行设定。
[0026]本专利技术制备得到的金属纳米线或者金属纳米颗粒/天然高分子气凝胶复合材料，其具有优异的力学性能：拉伸强度不低于0.25MPa，压缩强度不低于1.4MPa；具有较低的密度，不大于77mg
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cm
‑3；具有较高的孔隙率，不大于95％；在8.2
‑
12.4GHz波段电磁屏蔽效率不低于89dB，电导率不低于3000S
·
m
‑1。
[0027]本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
[0028]1.本专利技术提供了一种轻质高性能气凝胶电磁屏蔽材料的制备方法，包括以金属纳米线或者金属纳米颗粒为填料分散在溶液中，以天然高分子材料为基体加入到含有填料的
溶液当中，采用冷冻干燥方法，制备一种金属纳米线或者金属纳米颗粒/天然高分子气凝胶复合材料；所制备的气凝胶材料具有较好的力学性能，较低的密度，较高的孔隙率，以及在8.2
‑
12.4GHz波段优异的电磁屏蔽效果；本专利技术制备方法简单易行、效率高，各项技术参数容易调控，且成本低廉、高效经济,具有广阔的应用前景；
[0029]2.本专利技术制备的金属纳米线或者金属纳米颗粒/天然高分子气凝胶复合材料，虽然电阻比纯金属纳米线或者金属纳米颗粒要高，但是由于天然高分子在形成气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻质高性能电磁屏蔽材料，其特征在于：形成了金属纳米材料
‑
天然高分子气凝胶复合材料的自支撑结构，金属纳米材料为金属纳米线或者金属纳米颗粒；所述电磁屏蔽材料以天然高分子基材作为自支撑结构框架；天然高分子材料和金属纳米材料在形成气凝胶的过程中，相互交联形成了多孔结构，构造材料孔道，金属纳米材料分布在孔道壁表面，从而形成了天然高分子材料和金属纳米材料相结合的孔壁分级结构；所述孔道为微米级孔隙，孔道的孔径尺寸为5
‑
25μm，孔隙率不低于95％。2.根据权利要求1所述轻质高性能电磁屏蔽材料，其特征在于：电磁屏蔽材料的密度≤77mg
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‑3。3.根据权利要求1所述轻质高性能电磁屏蔽材料，其特征在于：电磁屏蔽材料的拉伸强度不低于0.25MPa，压缩强度不低于1.1MPa。4.根据权利要求1所述轻质高性能电磁屏蔽材料，其特征在于：电磁屏蔽材料在8.2
‑
12.4GHz波段的电磁屏蔽效率不低于89dB，电导率≥3000S
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m
‑1。5.一种权利要求1所述轻质高性能电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，其步骤如下：步骤1、制备填料分散液：采用金属纳米材料作为填料，将填料分散在极性溶剂中，得到填料分散溶液，备用；步骤2、制备原料混合液：采用天然高分子材料作为基体材料，将基体材料加入到在所述步骤1中制备的填料分散液中，混合震荡，使基体材料完全溶解，并与填料混合均匀，得到填料与天然高分子基材的复合的混合溶液；步骤3、气凝胶电磁屏蔽复合材料的干燥成型：将在所述步骤2中制备的混合溶液完全冰冻，然后进行冷冻干燥，得到金属纳米材...

【专利技术属性】
技术研发人员：高彦峰，朱勇，陈长，李玉萍，冯锟，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：