CN102121100A

CN102121100A - 一种“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102121100A
Application number: CN2011100291751A
Authority: CN
Inventors: 顾隽婕; 吕银祥
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2011-07-13

Abstract

本发明属于电磁波屏蔽材料技术领域，涉及一种“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料及其制备方法。本发明提出的复合材料是将铜膜镀覆在秸秆上，具体步骤包括秸秆洗净、浸入硅烷偶联剂溶液、烘干、银纳米粒子活化、化学镀铜等；复合材料的铜膜与秸秆基材的粘附性好，能通过3M公司思高

Description

一种“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电磁波屏蔽材料技术领域，具体涉及一种“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，计算机网络、信息处理设备、电子通信设备及各种电器设备作为信息技术的载体已在各个行业广泛应用；电磁信号，由于其易受外界电磁干扰而出现动作失误，从而带来严重后果。从电磁信号泄露失密方面而言，无论军事机密或是商业机密，通过电磁波的泄露，都会给相关单位造成极大的损失，为此必须采取相应的屏蔽措施；从预防电磁波污染来讲，现在对各种电磁污染危害的防护已引起环保部门和有关方面的高度重视，屏蔽电磁污染使其限定在一定区域，已成为环保领域最为活跃的研究课题之一。

“金属/非金属”复合功能材料是一类性能优异的电磁波屏蔽材料，它是在非金属材料表面镀覆一层薄薄的、致密的高导电金属，使非金属材料由绝缘变为导电。通过对非金属材料表面的金属化，使非金属材料在保留原有力学性能的基础上又具有了金属材料良好的导电性能。“绿色材料”是未来材料科技发展的主流，而“铜/秸秆”复合材料符合这一特征。

“金属/非金属”复合材料中的金属材料种类有：金、银、铜、镍、钴等，非金属材料主要有：亚麻、木材、棉花、蚕丝、玻璃纤维、碳纤维、聚合物材料等。(须贺和宏等，电磁波屏蔽建材及其制造方法，申请号/专利号：01134986.7；李金明等，一种电磁波屏蔽材料，申请号/专利号：200920129040.0；吉田太郎等，电磁波屏蔽材料及其制造方法，申请号/专利号：03816438.8；冈田淳等，电磁波屏蔽材料以及其制造方法，申请号/专利号：200580016522.X；夏祥华等，一种电磁波屏蔽材料的制备方法，申请号/专利号：200710015898.X。)

“金属/非金属”复合材料的制备方法是在非金属材料表面镀覆一层金属层，镀覆金属层的方法有：化学气相沉积、真空蒸镀、喷涂、离子溅射、电镀、化学镀等。由于非金属材料表面不规整，以及本身不导电(碳纤维除外)，通常使用化学镀的方法获得包覆完整的金属层。

化学镀技术是在金属的催化作用下，通过可控制的氧化还原反应产生金属的沉积过程。与电镀相比，化学镀技术具有镀层均匀、针孔小、不需直流电源设备、能在非导体上沉积等特点。另外，由于化学镀技术废液排放少，对环境污染小以及成本较低，在许多领域已逐步取代电镀，成为一种环保型的表面处理工艺。

本发明将秸秆作为基材，利用化学镀在其表面镀覆金属铜膜，用于电磁波屏蔽，在国内外尚属首次。本发明制备的复合材料，铜膜与基材之间通过金属键及化学键连接，极大的增强了彼此间的粘合力，使得镀层更牢固，复合材料的使用寿命更长，电磁波屏蔽效果更好。

发明内容

本发明提出一种“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料及其制备方法，复合材料由秸秆及覆盖在秸秆表面的铜膜组成。复合材料的具体制备方法为：将秸秆表面进行改性，引入活性基团巯基或氨基，通过自组装反应，吸附银纳米颗粒，银纳米颗粒与秸秆之间通过化学键连接，然后催化化学镀铜，使得铜镀层与秸秆表面之间通过Cu-Ag金属键及Ag-S或Ag-N化学键相连接；由于铜镀层是原位生成，且与秸秆表面是金属键及化学键作用力，使得铜镀层与秸秆之间的剥离强度极大提高。

本发明提出的“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料的制备方法，其具体步骤为：

1)清洁秸秆：将秸秆漂洗、烘干；

2)秸秆表面改性：将清洁后的秸秆浸泡在硅烷偶联剂溶液中3～5分钟，取出，烘干；

3)秸秆表面活化：将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净；

4)化学镀铜：将活化后的秸秆浸泡在铜化学镀液中，于室温化学镀5～30分钟，取出洗净，烘干，制得“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料。

本发明中，所用的秸秆为麦秸秆、稻秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆中的任意一种。

本发明中，铜膜/秸秆的重量比为1/3～1/10。

本发明中，硅烷偶联剂溶液的溶质为3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的任意一种；溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、1-丁醇或丙酮中的任意一种；硅烷偶联剂溶液的质量浓度为0.01％～5％。

本发明中，银纳米粒子溶胶溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质为：硝酸银(浓度0.02g/L)、柠檬酸钠(浓度0.04g/L)、硼氢化钠(0.01g/L)。

本发明中，铜化学镀液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质为：硫酸铜(浓度10～15g/L)、硫酸镍(浓度1.5～2g/L)、酒石酸钠钾(浓度50～70g/L)、碳酸钠(浓度7.5～10g/L)、氢氧化钠(浓度10～12g/L)、葡萄糖(浓度18～20g/L)。

由于铜镀层与秸秆表面通过金属键及化学键相连接，且原位生成，本发明制备的“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料具有高剥离强度、高导电性、高电磁波屏蔽效能等优点，能通过3M公司思高

胶带的测试；“铜/秸秆”复合材料在0.15～1050MHz的范围内，电磁波屏蔽效能大于40dB，即电磁波防辐射率大于99.99％；该复合材料成本低廉、制作工艺简单，可广泛用于建筑物墙体大面积的电磁屏蔽，以及精密仪器外包装电磁屏蔽等，具有极大的市场前景和应用价值。

本发明的另一个优点是，秸秆材料来源广泛、可再生，不排放任何废气，没有任何毒害物生成，可有效提高土地产出率，促进循环经济发展。

附图说明

图1为“铜/秸秆”复合材料的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明

实施例1

将重量为3g的麦秸秆用去离子水洗净，烘干，置于浓度为0.01％的3-氨基丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡5分钟，取出，用乙醇淋洗，烘干，得表面改性的麦秸秆。

将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净，得表面活化的麦秸秆。

将硫酸铜(10g)、硫酸镍(1.5g)、酒石酸钠钾(50g)、碳酸钠(7.5g)、氢氧化钠(10g)、葡萄糖(18g)溶于500mL去离子水中，溶解完毕，添加去离子水，至溶液体积为1L，得铜化学镀液。

将表面活化的麦秸秆置于上述镀液中，室温化学镀10分钟，取出，用水洗净，烘干，得“铜/秸秆”复合材料，铜膜/秸秆的重量比为1/10；经3M公司思高胶带测试合格；经频谱分析仪测试，电磁波屏蔽效能在0.15～1050MHz的范围内大于40dB。

实施例2

将重量为3g的稻秸秆用去离子水洗净，烘干，置于浓度为0.05％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷的甲醇溶液中，浸泡3分钟，取出，用甲醇淋洗，烘干，得表面改性的稻秸秆。

将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净，得表面活化的稻秸秆。

将硫酸铜(15g)、硫酸镍(2g)、酒石酸钠钾(70g)、碳酸钠(10g)、氢氧化钠(12g)、葡萄糖(20g)溶于500mL去离子水中，溶解完毕，添加去离子水，至溶液体积为1L，得铜化学镀液。

将表面活化的稻秸秆置于上述镀液中，与室温化学镀30分钟，取出，用水洗净，烘干，得“铜/秸秆”复合材料，铜膜/秸秆的重量比为3/10；经3M公司思高

胶带测试合格；经频谱分析仪测试，电磁波屏蔽效能在0.15～1050MHz的范围内大于40dB。

实施例3

将重量为10g的玉米秸秆用去离子水洗净，烘干，置于浓度为5％的3-巯基丙基三甲氧基硅烷的丙酮溶液中，浸泡5分钟，取出，用丙酮淋洗，烘干，得表面改性的玉米秸秆。

将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净，得表面活化的玉米秸秆。

将硫酸铜(10g)、硫酸镍(1.5g)、酒石酸钠钾(50g)、碳酸钠(10g)、氢氧化钠(12g)、葡萄糖(20g)溶于500mL去离子水中，溶解完毕，添加去离子水，至溶液体积为1L，得铜化学镀液。

将表面活化的玉米秸秆置于上述镀液中，与室温化学镀5分钟，取出，用水洗净，烘干，得“铜/秸秆”复合材料，铜膜/秸秆的重量比为1/8；经3M公司思高

胶带的测试合格；经频谱分析仪测试，电磁波屏蔽效能在0.15～1050MHz的范围内大于40dB。

实施例4

将重量为15g的棉花秸秆用去离子水洗净，烘干，置于浓度为2.5％的3-巯基丙基三乙氧基硅烷的1-丁醇溶液中，浸泡5分钟，取出，用1-丁醇淋洗，烘干，得表面改性的棉花秸秆。

将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净，得表面活化的棉花秸秆。

将硫酸铜(12g)、硫酸镍(2g)、酒石酸钠钾(60g)、碳酸钠(8g)、氢氧化钠(11g)、葡萄糖(20g)溶于500mL去离子水中，溶解完毕，添加去离子水，至溶液体积为1L，得铜化学镀液。

将表面活化的棉花秸秆置于上述镀液中，与室温化学镀25分钟，取出，用水洗净，烘干，得“铜/秸秆”复合材料，铜膜/秸秆的重量比为1/3；经3M公司思高

实施例5

将重量为10g的大豆秸秆用去离子水洗净，烘干，置于浓度为1％的3-巯基丙基三甲氧基硅烷的异丙醇溶液中，浸泡5分钟，取出，用异丙醇淋洗，烘干，得表面改性的大豆秸秆。

将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净，得表面活化的大豆秸秆。

将硫酸铜(11g)、硫酸镍(1.8g)、酒石酸钠钾(65g)、碳酸钠(9g)、氢氧化钠(12g)、葡萄糖(20g)溶于500mL去离子水中，溶解完毕，添加去离子水，至溶液体积为1L，得铜化学镀液。

将表面活化的大豆秸秆置于上述镀液中，与室温化学镀25分钟，取出，用水洗净，烘干，得“铜/秸秆”复合材料，铜膜/秸秆的重量比为1/3；经3M公司思高

实施例6

将重量为3g的麦秸秆用去离子水洗净，烘干，置于浓度为0.5％的3-巯基丙基三甲氧基硅烷的丙酮溶液中，浸泡3分钟，取出，用丙酮淋洗，烘干，得表面改性的麦秸秆。

将表面活化的麦秸秆置于上述镀液中，与室温化学镀20分钟，取出，用水洗净，烘于，得“铜/秸秆”复合材料，铜膜/秸秆的重量比为1/4；经3M公司思高

Claims

1.一种“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料，其特征在于该复合材料由秸秆及覆盖在秸秆表面的铜膜组成，具体为将秸秆表面进行改性，引入活性基团巯基或氨基，通过白组装反应，吸附银纳米颗粒，银纳米颗粒与秸秆之间通过化学键连接，然后催化化学镀铜，使得铜镀层与秸秆表面之间通过Cu-Ag金属键及Ag-S或Ag-N化学键相连接；由于铜镀层是原位生成，且与秸秆表面是金属键及化学键作用力，使得铜镀层与秸秆之间的剥离强度极大提高，形成“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料。

2.一种如权利要求1所述的“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

1)清洁秸秆：将秸秆漂洗、烘干；

4)化学镀铜：将活化后的秸秆浸泡在铜化学镀液中，于室温化学镀5～30分钟，取出洗净，烘干，制得“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料；

其中，秸秆为麦秸秆、稻秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆或棉花秸秆中的任意一种；

其中，铜膜/秸秆的重量比为1/3～1/10；

其中，硅烷偶联剂溶液的溶质为3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的任意一种；溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、1-丁醇或丙酮中的任意一种；硅烷偶联剂溶液的质量浓度为0.01％～5％；

其中，银纳米粒子溶胶溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为：

硝酸银浓度 0.02g/L；

柠檬酸钠浓度 0.04g/L；

硼氢化钠 0.01g/L；

其中，铜化学镀液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为：

硫酸铜浓度 10～15g/L；

硫酸镍浓度 1.5～2g/L；

酒石酸钠钾浓度 50～70g/L；

碳酸钠浓度 7.5～10g/L；

氢氧化钠浓度 10～12g/L；

葡萄糖浓度 18～20g/L。