CN106750284A - 一种泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料及其制备方法。所述电磁屏蔽材料以泡沫金属为基材，其表面修饰有掺杂聚苯胺覆层。电磁波可在泡沫金属的内部孔洞有效发生反射，延长了电磁波穿透材料的有效路径，同时泡沫金属表面修饰的掺杂聚苯胺覆层可以有效的吸收电磁波，便于发挥吸波型的聚苯胺修饰层和反射型的泡沫金属基体两者之间的协同效应，进一步提高材料整体的电磁屏蔽效能。此外，本发明所使用的聚合条件简单，反应原料易得，可操作性强，具有生产成本低、易于大规模工业化生产等优势。

Description

一种泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电磁屏蔽技术领域，具体涉及一种电磁屏蔽功能材料，尤其是涉及一种泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料，以及一种通过原位化学氧化聚合方法制备泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料的方法。
背景技术
随着科学技术和电子工业的快速发展，越来越多的电子产品进入人们的生活，它带给人们生活方便和时尚的同时，也带给了人们不易察觉的电磁辐射。电磁辐射产生的电磁干扰影响电子产品的性能，影响其正常工作并且会对周围的电子仪器设备造成严重干扰，使它们的工作程序发生紊乱，产生错误动作，且由此引起的电磁污染会对人类和其它生物体造成严重伤害。科学研究证实，电磁辐射可对生物体产生热效应、非热效应和累积效应，这些效应对人体器官、组织、系统都产生不同程度的危害。为防止电磁辐射造成的干扰与泄露，采用电磁屏蔽材料进行屏蔽是主要防范方法之一。
聚苯胺由于原料易得，合成方法简单，结构多样，导电率较高及环境稳定性好等特点在电磁屏蔽领域具有巨大的实用价值和广阔的应用前景。为了同时满足理想电磁屏蔽材料的厚度薄、质量轻、吸波频带宽、吸收强的综合性能等要求，聚苯胺需要与其他材料进行复合，协同发挥不同组分的优势，近年来受到人们的广泛关注，是电磁屏蔽材料的一个重要发展方向。
发明内容
本发明的目的是为了克服传统金属系电磁屏蔽材料的价格高、易腐蚀、密度大等缺点，同时通过材料的组成与结构的设计，提供一种密度低、屏蔽效能优异、价廉的泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料及其制备方法。
本发明提供的泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料，其特征在于，所述的材料以泡沫金属为基材，其表面修饰有掺杂聚苯胺覆层。
本发明提供的泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料，其特征在于，所述的泡沫金属为泡沫镍、泡沫铝或泡沫银中的任意一种。
本发明提供的泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料，其特征在于，所述的泡沫金属的孔隙密度为10～140PPI。
本发明提供的泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料，其特征在于，所述的泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料是采用原位化学氧化聚合法制备的。
本发明提供泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)配置樟脑磺酸溶液，将其均匀分成两份，备用；
(2)称取适量的苯胺单体与泡沫金属相混合，静置30分钟后，将其加入其中一份樟脑磺酸溶液中，记为混合物A；称取适量氧化剂溶于另一份樟脑磺酸溶液中，记为溶液B；
(3)将溶液B缓慢滴入混合物A中，在-10～0℃下发生氧化聚合反应，反应时间为1～6h；
(4)反应完毕后，将表面修饰有掺杂聚苯胺的泡沫金属从反应液中取出，使用去离子水和无水乙醇反复洗涤，干燥后，即得泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料。
进一步，所述步骤(1)中使用的樟脑磺酸浓度为0.5～2mol/L。
进一步，所述步骤(2)中所使用的泡沫金属在混合物A中含量是0.005～0.1g/mL。
进一步，所述步骤(2)中所使用的泡沫金属和苯胺单体的质量比是1:4～2:1之间。
进一步，所述步骤(2)中氧化剂在溶液B中含量是0.06～0.77g/mL。
进一步，所述步骤(2)中氧化剂为过硫酸铵和重铬酸钾的混合物，所述过硫酸铵和重铬酸钾的质量比为0.38～1.55。
本发明的有益效果是使用化学原位聚合的方法，在泡沫金属表面修饰一定厚度的掺杂聚苯胺，电磁波可在泡沫金属的内部孔洞有效发生反射，延长了电磁波穿透材料的有效路径，同时泡沫金属表面修饰的掺杂聚苯胺层可以有效的吸收电磁波，便于发挥吸波型的聚苯胺修饰层和反射型的泡沫金属基体两者之间的协同效应，进一步提高材料整体的电磁屏蔽效能。同时，本发明泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料具有密度小，以电磁波吸收的形式屏蔽电磁波的特点，克服了传统金属屏蔽材料密度大，强反射带来的电磁波二次污染问题。此外，本发明所使用的聚合条件简单，反应原料易得，可操作性强，具有生产成本低、易于大规模工业化生产等优势。
附图说明
图1左侧为本发明实施例1中所使用的泡沫铝的数码照片，右侧为制备的泡沫铝掺杂聚苯胺数码照片。
图2为本发明实施例1制备的泡沫铝掺杂聚苯胺在8.2～12.4GHz的电磁屏蔽效能图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1：
首先配置1.5mol/L 40mL樟脑磺酸溶液，将其平均分成两份。将孔隙密度为130PPI泡沫铝与苯胺单体混合后静置30min，然后加入到其中一份酸溶液中，称此为混合物A，其中泡沫铝的含量为0.06g/mL，苯胺单体的含量为0.12g/mL。称取3.38g过硫酸铵和4.36g重铬酸钾溶于另一份酸溶液中，称此溶液为B。将上述混合物A和溶液B分别搅拌均匀后冷却至0℃。将溶液B缓慢滴入与混合物A中，在0℃下发生氧化聚合反应，反应时间为4h。反应结束后，将表面修饰有掺杂聚苯胺的泡沫铝取出，使用去离子水和无水乙醇反复洗涤至滤液无色透明并呈现中性。所得产物使用真空烘箱60℃处理24h，得到泡沫铝掺杂聚苯胺复合材料。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为78dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例2：
方法如实施例1，只是将泡沫金属调整为泡沫镍。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为92dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例3：
方法如实施例1，只是将泡沫金属调整为泡沫银。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为94dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例4：
方法如实施例2，只是将孔隙率为130的泡沫镍替换成孔隙密度为140PPI的泡沫镍，泡沫金属在混合物A中的含量为0.1g/mL，苯胺在混合物A中含量为0.2g/mL，过硫酸铵与重铬酸钾的加入量分别为5.64g和7.27g。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为87dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例5：
方法如实施例2，只是将孔隙密度为130PPI的泡沫镍替换成孔隙率为10的泡沫镍，泡沫金属在混合物A中的含量为0.005g/mL，苯胺在混合物A中含量为0.01g/mL，过硫酸铵与重铬酸钾的加入量分别为0.28g和0.36g。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为40dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例6：
方法如实施例2，只是将反应温度调整为-10℃。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为87dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例7：
方法如实施例2，只是将过硫酸铵的加入量改变为4.51g，重铬酸钾的加入量改变为2.91g。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为78dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例8：
方法如实施例2，只是将过硫酸铵的加入量改变为2.26g，重铬酸钾的加入量改变为5.82g。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为72dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例9：
方法如实施例2，只是将苯胺在混合物A中的含量调整为0.24g/mL，过硫酸铵与重铬酸钾的加入量分别调整为3.38g和4.36g。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为80dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例10：
方法如实施例2，只是将苯胺在混合物A中的含量调整为0.03g/mL，过硫酸铵与重铬酸钾的加入量分别调整为0.85g和1.09g。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为71dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例11：
方法如实施例2，只是将樟脑磺酸的浓度调整为0.5mol/L。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为72dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例12：
方法如实施例2，只是将樟脑磺酸的浓度调整为2mol/L。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为93dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例13：
方法如实施例2，只是将反应时间调整为1h。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为69dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
实施例14：
方法如实施例2，只是将反应时间调整为6h。检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为85dB左右。材料电磁屏蔽效能列于表1中。
对比例1：
对孔隙密度为40PPI的泡沫镍进行测试，检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为22dB左右。
对比例2：
对孔隙密度为40PPI的泡沫银进行测试，检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为31dB左右。
对比例3：
对孔隙密度为140PPI的泡沫镍进行测试，检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为37dB左右。
对比例4：
对孔隙密度为140PPI的泡沫银进行测试，检测厚度为0.4mm厚的材料在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为49dB左右。
通过实施例1～14，可以看出本发明泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料具有优异的电磁屏蔽效能。
通过实施例1～14与对比例1～4的比较可以看出本发明泡沫金属掺杂聚苯胺与纯泡沫金属相比具有更高的屏蔽效能。
表1材料电磁屏蔽效能表
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明的泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料，其特征在于，所述的材料以泡沫金属为基材，其表面修饰有掺杂聚苯胺覆层。
2.根据权利要求1所述泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料，其特征在于，所述的泡沫金属为泡沫镍、泡沫铝或泡沫银中的任意一种。
3.根据权利要求1所述泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料，其特征在于，所述的泡沫金属的孔隙密度为10～140PPI。
4.根据权利要求1所述泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料，其特征在于，所述的泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料是采用原位化学氧化聚合法制备的。
5.一种泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)配置樟脑磺酸溶液，将其均匀分成两份，备用；
(2)称取适量的苯胺单体与泡沫金属相混合，静置30分钟后，将其加入其中一份樟脑磺酸溶液中，记为混合物A；称取适量氧化剂溶于另一份樟脑磺酸溶液中，记为溶液B；
(3)将溶液B缓慢滴入混合物A中，在-10～0℃下发生氧化聚合反应，反应时间为1～6h；
(4)反应完毕后，将表面修饰有掺杂聚苯胺的泡沫金属从反应液中取出，使用去离子水和无水乙醇反复洗涤，干燥后，即得泡沫金属掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中使用的樟脑磺酸浓度为0.5～2mol/L。
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所使用的泡沫金属在混合物A中含量是0.005～0.1g/mL。
8.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所使用的泡沫金属和苯胺单体的质量比是1:4～2:1之间。
9.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中氧化剂在溶液B中含量是0.06～0.77g/mL。
10.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中氧化剂为过硫酸铵和重铬酸钾的混合物，所述过硫酸铵和重铬酸钾的质量比为0.38～1.55。
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