一种基于静电纺丝的复合薄膜材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于静电纺丝的复合薄膜材料及其制备方法和应用，该复合薄膜以静电纺丝苯乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种基于静电纺丝的复合薄膜材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种基于静电纺丝的复合薄膜材料及其制备方法和应用，属于电磁屏蔽材料


技术介绍

[0002]随着5G无线通信技术的快速发展和电子设备的广泛普及，电磁污染已经变得无处不在。电磁污染对设备正常运行和人类健康构成严重威胁。因此，设计和研发高性能的电磁屏蔽材料已经成为当务之急。传统电磁屏蔽材料的研发主要是基于金属基、聚合物基以及碳基材料，其存在密度大、稳定性差、易腐蚀等问题，在实际应用中会受到不同程度的限制；同时，现代社会对电子设备的便携式可穿戴需求不断增多，因此电磁屏蔽材料正朝着更轻、更薄、更为稳定的方向发展。目前，可穿戴电磁屏蔽领域研究最为广泛的是二维薄膜材料，但是当下所报道的屏蔽膜材料都存在透气性不足、拉伸回弹性差以及柔韧低等问题，同时，这些屏蔽膜对于屏蔽电磁波频段的选择性较差，且调控困难，并不能有效运用于便携式可穿戴电子设备和服饰中。
[0003]静电纺丝技术是一种通过应用高电压使聚合物溶液或熔融物形成纤维的方法。在电磁屏蔽材料领域，静电纺丝技术具有显著优势。首先，它可以制备具有高比表面积的纤维结构，这提供了更多的接触面积用于电磁波的吸收和散射，同时纤维表面大量含氧官能团的存在有利于其他屏蔽组分的负载，可以丰富屏蔽机制。此外，静电纺丝材料具有轻薄柔性、高透气性和可塑性等特点，使其能够适应不同环境需求的电子设备，尤其是可穿戴设备。SEBS具有良好的弹性和延展性，使得静电纺SEBS纤维薄膜具有较高的拉伸强度和弹性恢复性，能够在应力作用下保持稳定的形状，并且具有良好的耐磨损性和抗撕裂性。然而，聚合物静电纺丝纤维膜的介电性能普遍较差，并不利于电磁波的损耗，因此可以引入强介电损耗和磁损耗材料，从而有效地提高纤维薄膜的电磁屏蔽效果。
[0004]CCNF是通过在纤维素纳米纤维表面负载导电颗粒或包裹导电聚合物，使得纤维素纳米纤维具有良好的导电性能。纳米纤维的高比表面积和导电修饰物的导电性能相结合，赋予了导电纤维素纳米纤维以下优势：首先，纳米纤维的大比表面积增加了与电磁波相互作用的机会，提高了电磁波的吸收和分散能力，有效降低电磁辐射的影响。其次，导电纤维素的导电性能确保了纳米纤维之间的有效电流传导，增强了整体屏蔽材料的导电性能。此外，导电的纤维素纳米纤维具有出色的柔韧性和可加工性，可以制备成各种形式的屏蔽材料，便于应用于不同设备和结构。
[0005]二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)作为一种新兴的二维材料，具有优异的导电性能，能够有效地吸收和分散电磁波。同时，其具有大量的导电通道和可调控的电导率，使其在高频范围内展现出卓越的电磁屏蔽性能。磁性金属颗粒(MMP)具有良好的磁性能和高导电性能，能够吸收和散射电磁波能量，并将其转化为热能。此外，MMP一般具有可调控的磁性，可以通过外加磁场来调节其吸收和散射电磁波的能力，从而实现对电磁波的有效控制。
[0006]为了解决上述问题，需要利用上述技术开发一种电磁屏蔽性能良好、机械性能和
透气性优异，同时具备一定电磁波屏蔽频段选择性和调控能力的复合薄膜材料。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种基于静电纺丝的复合薄膜材料，本专利技术的第二目的是提供一种该基于静电纺丝的复合薄膜材料的制备方法，本专利技术的第三目的是提供该基于静电纺丝的复合薄膜材料作为屏蔽材料在电磁防护中的应用。
[0008]技术方案：本专利技术的一种基于静电纺丝的复合薄膜材料，所述复合薄膜材料包括静电纺丝得到的苯乙烯
‑
乙烯
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丁烯
‑
苯乙烯共聚物(SEBS)纤维薄膜、导电纤维素纳米纤维(CCNF)、二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)及磁性金属颗粒(MMP)，所述SEBS纤维薄膜中的SEBS纤维与CCNF交织成网络结构，形成SEBS/CCNF复合薄膜，MXene和MMP分别负载于SEBS/CCNF复合薄膜两侧，所述复合薄膜材料具有典型的三明治结构。
[0009]进一步地，所述CCNF为纤维素纳米纤维表面负载导电修饰物即为导电纤维素纳米纤维。
[0010]进一步地，所述导电修饰物为导电聚合物或导电金属颗粒中的一种。
[0011]更进一步地，所述导电聚合物为聚吡咯或聚苯胺中的一种，所述导电金属颗粒为铜或铁中的一种。
[0012]进一步地，所述SEBS纤维薄膜通过静电纺丝得到。
[0013]进一步地，所述MXene为Ti3C2T
x
或Ti2CT
x
中的一种。
[0014]进一步地，所述MMP为金属镍或金属钴中的一种。
[0015]本专利技术所述的基于静电纺丝的复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)制备SEBS纳米纤维薄膜：将SEBS于溶剂中均匀分散得到SEBS溶液，利用静电纺丝技术，将SEBS溶液电纺后进行退火处理，制成SEBS纳米纤维薄膜；
[0017](2)制备SEBS/CCNF复合薄膜：将SEBS纳米纤维薄膜多次重复浸渍于CCNF溶液中，取出干燥后获得SEBS/CCNF复合薄膜；
[0018](3)制备MXene/SEBS/CCNF复合薄膜：通过真空抽滤的方式将MXene溶液中的MXene纳米片负载于SEBS/CCNF复合薄膜的一侧，获得MXene/SEBS/CCNF复合薄膜；
[0019](4)制备MXene/SEBS/CCNF/MMP复合薄膜：通过物理喷涂的方式将MMP溶液中的MMP纳米颗粒负载于MXene/SEBS/CCNF复合薄膜的相对MXene的另一侧，获得MXene/SEBS/CCNF/MMP复合薄膜材料。
[0020]进一步地，步骤(1)中，所述溶剂氯仿/甲苯混合溶液，其氯仿与甲苯混质量比为1:1
‑
9:1。
[0021]进一步地，步骤(1)中，所述SEBS溶液的浓度为5
‑
20％。
[0022]进一步地，步骤(1)中，电纺时参数设置为：电纺温度为25
‑
35℃，湿度为20
‑
40％，电纺电压为16
‑
22kV，注射针头型号为16
‑
25号，推注速率为1
‑
5mL/h，纺丝接收距离为10
‑
20cm。
[0023]进一步地，步骤(1)中，所述退火处理的温度为100
‑
105℃，所述退火处理的时间为2
‑
4h。
[0024]进一步地，步骤(2)中，所述CCNF溶液的质量分数为5
‑
20％。
[0025]进一步地，步骤(2)中，所述多次为10
‑
20次，每次浸渍时间为5
‑
20min。
[0026]进一步地，步骤(2)中，所述干燥的温度为40
‑
60℃，所述干燥的时间为10
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于静电纺丝的复合薄膜材料，其特征在于：所述复合薄膜材料包括SEBS纤维薄膜、CCNF、MXene及MMP，所述SEBS纤维薄膜中的SEBS纤维与CCNF交织成网络结构，形成SEBS/CCNF复合薄膜，MXene和MMP分别负载于SEBS/CCNF复合薄膜两侧，所述复合薄膜材料具有典型的三明治结构。2.根据权利要1所述的基于静电纺丝的复合薄膜材料，其特征在于：所述CCNF的导电修饰物为导电聚合物或导电金属颗粒中的一种，所述导电聚合物为聚吡咯或聚苯胺中的一种，所述导电金属颗粒为铜或铁中的一种。3.根据权利要1所述的基于静电纺丝的复合薄膜材料，其特征在于：所述SEBS纤维薄膜通过静电纺丝得到，所述MXene为Ti3C2T
x
或Ti2CT
x
中的一种。4.根据权利要1所述的基于静电纺丝的复合薄膜材料，其特征在于：所述MMP为金属镍或金属钴中的一种。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述的基于静电纺丝的复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备SEBS纳米纤维薄膜：将SEBS于溶剂中均匀分散得到SEBS溶液，利用静电纺丝技术，将SEBS溶液电纺后进行退火处理，制成SEBS纳米纤维薄膜；(2)制备SEBS/CCNF复合薄膜：将SEBS纳米纤维薄膜多次重复浸渍于CCNF溶液中，取出干燥后获得SEBS/CCNF复合薄膜；(3)制备MXene/SEBS/CCNF复合薄膜：通过真空抽滤的方式将MXene溶液中的MXene纳米片负载于SEBS/CCNF复合薄膜的一侧，获得MXene/SEBS/CCNF复合薄膜；(4)制备MXene/SEBS/CCNF/MMP复合薄膜：通过物理喷涂的方式将MMP溶液中的MMP纳米颗粒负载于MXene/SEBS/CCNF复合薄膜的相对MXene的另一侧，获得MXene/SEBS/CCNF/MMP复合薄膜材料。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：何曼，周钰明，陈浩，张贤，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：