电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶及制备方法，及基于其的各向异性复合气凝胶及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶及制备方法，及基于其的各向异性复合气凝胶及制备方法，属于于气凝胶材料技术领域。制备方法如下：混合二胺单体加入N,N

【技术实现步骤摘要】
电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶及制备方法，及基于其的各向异性复合气凝胶及制备方法


[0001]本专利技术属于气凝胶材料
，具体涉及电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶及制备方法，及基于其的各向异性复合气凝胶及制备方法。

技术介绍

[0002]随着通讯技术与电子设备的快速发展，无线电通讯已成为当今通讯的主流方式，作为信息载体的电磁波以渗入人们生活的方方面面，如：电视、电台、手机通讯、卫星电话、WiFi网络等都采用无线电波作为信息载体。随着电磁波的广泛使用，所带来的信息安全、电磁辐射、电磁污染等问题日益凸显。通过电磁屏蔽保护消除电磁波负面影响，提升生物电子辅助设备、电子通讯设备、武器系统可靠性以及通信信息安全等具有重要意义。
[0003]聚酰亚胺因其出色的机械性能、耐高低温性、耐候性、阻燃性以及耐辐射性等广泛应用于高科技领域，是一种理想的高性能聚合物基体材料。以聚酰亚胺为基体构建的气凝胶材料，大量的孔隙结构可为电磁波在材料内部的多次反射和散射吸收创造了有利条件，并进一步使材料轻量化，为聚酰亚胺基高性能电磁屏蔽材料的构筑带来了新启迪。聚合物气凝胶虽然解决了传统无机气凝胶机械性能差、易碎等缺点，但是聚合物气凝胶本质是绝缘的，因此不具有电磁屏蔽性能。
[0004]目前，通过加入导电填料的方式赋予聚合物气凝胶优异的电磁屏蔽性能，一般说来，复合气凝胶的电磁屏蔽性能与其填料添加量正相关，即添加量越多，电磁屏蔽性能越好，但过多的填料会使得复合气凝胶机械性能明显变差。如何解决复合气凝胶电磁屏蔽性能与机械性能之间的“trader/>‑
off”效应，通过低负载量的填料赋予聚酰亚胺气凝胶更加优异的电磁屏蔽性能，在聚酰亚胺气凝胶电磁屏蔽研究中备受关注。

技术实现思路

[0005]为解决过多的填料会使得复合气凝胶机械性能明显变差，制备低负载量高电磁屏蔽性能复合气凝胶，本专利技术提供了电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶及制备方法，及基于其的各向异性复合气凝胶及制备方法，所述制备方法采用MXene纳米片在复合气凝胶表面构建导电网络，利用阳离子
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π结构吸附MXene纳米片防止其脱落，有效避免传统聚酰亚胺类电磁屏蔽气凝胶难以制备的问题。此外，使用定向冷冻技术对气凝胶结构进行调控，大大提升复合气凝胶在单一方向上的电磁屏蔽性能。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术提供了一种电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1：以混合二胺单体、二酐单体作为原料，N,N
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二甲基甲酰胺为溶剂，将混合二胺单体加入N,N
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二甲基甲酰胺中溶解后，分批次加入二酐单体，混合均匀后在设定条件下搅拌设定时间，制得聚酰胺酸溶液；所述混合二胺单体为含咪唑环二胺与不含咪唑环二胺的混合物；
[0009]S2：将所述聚酰胺酸溶液倒入去离子水中析出，进行第一次冷冻干燥制备得到聚酰胺酸粉末；
[0010]S3：将聚酰胺酸粉末、叔胺加入去离子水中搅拌至聚酰胺酸粉末完全溶解，制得聚酰胺酸水溶液，随后将聚酰胺酸水溶液进行第二次冷冻干燥而后热亚胺化得到聚酰亚胺气凝胶；
[0011]S4：采用酸刻蚀法制备MXene分散液；
[0012]S5：将所述聚酰亚胺气凝胶浸入MXene分散液在真空烘箱中静置后干燥，得到MXene@PI电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶。
[0013]在具体实施过程中，所述S1中，所述设定条件为室温或冰浴条件下搅拌12～24h；
[0014]所述混合二胺单体与二酐单体的摩尔比为1：1；所述含咪唑环二胺为2
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(4
‑
氨基苯基)
‑5‑
氨基苯并咪唑；所述不含咪唑环二胺为4,4
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二氨基二苯醚、联苯二胺、双酚A型二胺中的一种；所述含咪唑环二胺与不含咪唑环二胺的摩尔比为(0.1～0.9)：(0.1～0.9)；
[0015]所述二酐单体为均苯四甲酸酐、六氟二酐及3,3
’
,4,4
’‑
二苯酮四酸二酐中的一种或几种任意配比的混合物。
[0016]在具体实施过程中，所述S3中，所述叔胺为助溶剂；所述聚酰胺酸粉末以及叔胺的摩尔比为1：1；所述叔胺为三乙胺、三丙胺、N,N
‑
二甲基乙醇胺及N,N
‑
二乙基乙醇胺中的一种或几种任意配比的混合物。
[0017]在具体实施过程中，所述S3中，所述第二次冷冻干燥通过冰箱、液氮或干冰冷冻进行，直至全部冷冻；所述第二次冷冻干燥的温度低于
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50℃，所述第二次冷冻干燥的压力低于20Pa，所述第二次冷冻干燥的时间为12～48h。
[0018]在具体实施过程中，所述S3中，所述热亚胺化采用阶梯温度，所述阶梯温度为120～350℃；
[0019]所述热亚胺化的处理过程为如下：
[0020]第一阶梯在120℃处理0.5～2h，第二阶梯在150℃处理0.5～2h，第三阶梯在200℃处理0.5～2h，第四阶梯在250℃处理0.5～2h，第五阶梯在300℃处理0.5～2h，第六阶梯在350℃处理0.5～2h。
[0021]在具体实施过程中，所述S4中，所述酸刻蚀法制备MXene分散液的过程为：以钛碳化铝为原料，盐酸/氟化锂溶液为刻蚀液，选择性刻蚀钛碳化铝中的铝层；将所得产物用浓盐酸和去离子水离心洗涤除去杂质，再通过手摇剥离获得MXene分散液。
[0022]在具体实施过程中，所述S5中，所述真空烘箱中静置后干燥的过程为：将聚酰亚胺气凝胶在压力为0.005MPa条件下浸泡在MXene分散液中静置30min后进行干燥，重复上述流程，制备MXene负载量在0～5层的MXene@PI电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶。
[0023]本专利技术提供了一种根据任意一项所述的制备方法制得的电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶，所述电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶的内壁表面构筑有通过阳离子
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π作用紧密吸附的MXene导电涂层。
[0024]本专利技术还提供了一种各向异性复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0025]S21：将聚酰胺酸粉末、叔胺加入去离子水中搅拌至聚酰胺酸粉末完全溶解，制得聚酰胺酸水溶液，随后将聚酰胺酸水溶液进行定向冷冻，再经过第二次冷冻干燥和热亚胺化得到具有各向异性的聚酰亚胺气凝胶；
[0026]S22：将所述具有各向异性的聚酰亚胺气凝胶浸入MXene分散液在真空烘箱中静置后干燥，得到各向异性复合气凝胶。
[0027]本专利技术提供了一种根据所述的制备方法制得的各向异性复合气凝胶所述复合气凝胶的垂直冷冻方向和平行冷冻方向上的微观形貌以及电磁屏蔽效能不同。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0029]本专利技术提供了一种电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶的制备方法，采用MXene为导电填料将聚酰亚胺气凝胶浸入MXene分散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：以混合二胺单体、二酐单体作为原料，N,N
‑
二甲基甲酰胺为溶剂，将混合二胺单体加入N,N
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二甲基甲酰胺中溶解后，分批次加入二酐单体，混合均匀后在设定条件下搅拌设定时间，制得聚酰胺酸溶液；所述混合二胺单体为含咪唑环二胺与不含咪唑环二胺的混合物；S2：将所述聚酰胺酸溶液倒入去离子水中析出，进行第一次冷冻干燥制备得到聚酰胺酸粉末；S3：将聚酰胺酸粉末、叔胺加入去离子水中搅拌至聚酰胺酸粉末完全溶解，制得聚酰胺酸水溶液，随后将聚酰胺酸水溶液进行第二次冷冻干燥而后热亚胺化得到聚酰亚胺气凝胶；S4：采用酸刻蚀法制备MXene分散液；S5：将所述聚酰亚胺气凝胶浸入MXene分散液在真空烘箱中静置后干燥，得到MXene@PI电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶。2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述设定条件为室温或冰浴条件下搅拌12～24h；所述混合二胺单体与二酐单体的摩尔比为1：1；所述含咪唑环二胺为2
‑
(4
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氨基苯基)
‑5‑
氨基苯并咪唑；所述不含咪唑环二胺为4,4
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二氨基二苯醚、联苯二胺、双酚A型二胺中的一种；所述含咪唑环二胺与不含咪唑环二胺的摩尔比为(0.1～0.9)：(0.1～0.9)；所述二酐单体为均苯四甲酸酐、六氟二酐及3,3
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,4,4
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二苯酮四酸二酐中的一种或几种任意配比的混合物。3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述S3中，所述叔胺为助溶剂；所述聚酰胺酸粉末以及叔胺的摩尔比为1：1；所述叔胺为三乙胺、三丙胺、N,N
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二甲基乙醇胺及N,N
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二乙基乙醇胺中的一种或几种任意配比的混合物。4.根据权利要求1所述的电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述S3中，所述第二次冷冻干燥通过冰箱、液氮或干冰冷冻进行，直至全部...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓龙海，沈东，谢璠，缑鹏飞，何丽霞，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：