CN106850906B - 生物质石墨烯在无线通讯设备壳体中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通讯材料领域，具体而言，涉及生物质石墨烯在无线通讯设备壳体中的应用。本发明的目的在于提供生物质石墨烯在防辐射产品中的应用，特别是在无线通讯设备壳体中的应用，经试验发现，生物质石墨烯与高分子材料复合制成的产品可以吸收无线通讯设备所产生的波长较长的电磁波例如17‑33cm的电磁波，转化为4‑14μm波段的电磁波以远红外的形式散发出去，进而降低手机电磁波对人体的伤害，有益于人体健康，并且，该产品还具有抑菌性能。

Description

生物质石墨烯在无线通讯设备壳体中的应用

技术领域

本发明涉及通讯材料领域，具体而言，涉及生物质石墨烯在无线通讯设备壳体中的应用。

背景技术

辐射本身为中性词，其包含对人体有害辐射和对人体有益辐射两种，一般远红外辐射对人体有益，其他波段的辐射对人体没有这种效果，并且核辐射是严重危害人体健康的。

通信设备中，与人们密切相关的就是手机，手机辐射每时每刻都存在。通话、接发短信、联网等等均发生着辐射。手机通话、接发短信、联网时产生所谓的辐射是电磁辐射。尽管目前国际上还没有一个科学的方法能证明脑瘤是由于电磁辐射引起的，但电磁辐射如果超过一定强度、持续一定时间就对人体有害，这是国际上公认的。各大主流媒体也大量报导了手机辐射对人们健康的危害。报道称，手机辐射对人的头部危害较大，它会对人的中枢神经系统造成机能性障碍，引起头痛、头昏、失眠、多梦和脱发等症状，有的人面部还会有刺激感。在美国和日本，已有不少怀疑因手机辐射而导致脑瘤的案例。

因此，如何解决手机辐射问题成为目前亟待解决的问题。基于此，专利文件CN202652290U公开一种防辐射手机壳，在手机壳里面至少设置一层吸波材料，吸波材料为L型，手机壳在耳机口的位置没有吸波材料。手机拨打通话接通的时候，吸波材料可以吸收手机所产生的电磁波，吸收在吸波材料上的电磁波，再转化成热能，再转化成负离子，散发出去，从而降低手机电磁波对人体的伤害。专利文件CN203289505U公开一种手机壳，包括本体和开设在本体上与手机相匹配的凹槽，所述的凹槽内还固定有呈板状的铅板，所述铅板的一侧面上涂有防辐射层，所述的防辐射层为镍层，所述凹槽的槽口边缘还设有一能够与手机相匹配的卡接环。专利文件CN202475540U公开一种防辐射手机，包括手机壳体、设置于手机壳体内的电路板，其中，所述手机壳体包括：塑胶本体层；设置在塑胶本体层内侧面上的防辐射层。但是其表面的防辐射层或铅板对手机起到屏蔽作用，影响手机信号。

同时，科学研究证明，手机上存在大量的细菌，科学研究证明，手机上的细菌要比马桶多上20倍。由于特殊的环境与特殊的待遇，手机已经成为了大量细菌的繁殖基地。很多消费者几乎没有清洁手机的意识，更加重了细菌的繁殖。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供生物质石墨烯在防辐射产品中的应用，特别是在无线通讯设备壳体中的应用，经试验发现，生物质石墨烯与高分子材料复合制成的产品可以吸收无线通讯设备所产生的波长较长的电磁波例如17-33cm的电磁波，转化为4-14μm波段的电磁波以远红外的形式散发出去，进而降低手机电磁波对人体的伤害，有益于人体健康，并且，该产品还具有抑菌性能。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

生物质石墨烯在防辐射产品中的应用，特别是在无线通讯设备壳体中的应用。

本发明人研究发现，在常规的高分子材料中添加一定含量的生物质石墨烯复合制得的产品，经检测发现，能够吸收无线通讯设备所产生的波长较长的电磁波例如17-33cm的电磁波，进而转化为4-14μm波段的电磁波以远红外的形式散发出去，降低电磁波对人体的伤害，有益于人体健康；并且，该产品还具有抑菌性能。

鉴于此，发明人将生物质石墨烯应用于无线通讯设备壳体的制备中。

生物质石墨烯的厚度对防辐射性能也有一定的影响，经验证，生物质石墨烯的厚度为100nm以下能达到更好的转化电磁波的性能，以达到防辐射功能，而生物质石墨烯的厚度高于该值，则转化电磁波的性能会略下降；而随着其厚度的下降，防辐射性能更为优越。

优选地，所述生物质石墨烯的厚度为100nm以下。

优选地，所述生物质石墨烯的厚度为50nm以下。

优选地，所述生物质石墨烯的厚度为20nm以下。

将生物质石墨烯应用于无线通讯设备壳体时，主要是用于消除手机工作时，除主信号(达到通信等目的的信号)以外的信号，而一般情况下手机的杂波信号(非主信号)或主信号的散射信号会因为手机内部电路等等原因，从某些无线通讯设备一些部位(例如摄像头接口、手机壳体、其他无线通讯设备壳体等等)发射或泄露出去，鉴于无线通讯设备的通讯功能，应避开其天线所在位置。

优选地，所述生物质石墨烯在所述无线通讯设备壳体中的质量百分含量为0.1％以上，优选为0.1％-10％，更优选为1％-3％。如在一些实施例中，所述生物质石墨烯在所述无线通讯设备壳体中的质量百分含量为0.1％；在一些实施例中，所述生物质石墨烯在所述无线通讯设备壳体中的质量百分含量为0.5％；在一些实施例中，所述生物质石墨烯在所述无线通讯设备壳体中的质量百分含量为1％；在一些实施例中，所述生物质石墨烯在所述无线通讯设备壳体中的质量百分含量为3％；在一些实施例中，所述生物质石墨烯在所述无线通讯设备壳体中的质量百分含量为5％；在一些实施例中，所述生物质石墨烯在所述无线通讯设备壳体中的质量百分含量为7％；在一些实施例中，所述生物质石墨烯在所述无线通讯设备壳体中的质量百分含量为10％等等。

经试验验证，特定含量的生物质石墨烯如0.1％以上就能达到更好的转化人体有害的电磁波为有益波的效果以及抗菌抑菌效果；其中以生物质石墨烯含量为0.5％以上更佳，特别是生物质石墨烯含量为1％以上更佳。但在试验中发现，添加更多含量的生物质石墨烯很容易造成生物质石墨烯在壳体中分布的不均一，进而影响其性能的发挥。如生物质石墨烯的含量在10％以上，则在制备过程中很难将生物质石墨烯分布均一，鉴于此，生物质石墨烯的含量在10％以下。

因此，考虑到最终制得的壳体的性能以及生物质石墨烯的分布均一性，所述生物质石墨烯在所述无线通讯设备壳体中的质量百分含量为1％-3％。

进一步地，所述无线通讯设备壳体主要由高分子材料和生物质石墨烯复合而成。

本发明中的生物质石墨烯为以生物质为原料制备的石墨烯,该生物质石墨烯中会存在碳元素的其他同素异形体、层数非单层甚至多层的石墨烯结构(例如3层、5层、10层、20层等)或其它元素，本发明所利用的石墨烯不仅是指单层石墨烯。

对于上述的“其它元素”：

利用生物质作为原料制备得到的生物质石墨烯中，由于原料来自于植物，植物自身需要从土壤中吸收矿质元素，这些矿质元素在制备生物质石墨烯过程中得到了选择性的保留，矿质元素至少为Fe、Si、Al，还可含有K、Na、Ca、Mg、P、Mn和Co中的一种或几种。

因此，本发明中所指的石墨烯具体为一种含有石墨烯的混合体。

具体地，本发明中所采用的生物质石墨烯采用现有的制备方法制得，例如：CN104118873A公开的方法；CN104016341A公开的方法；CN104724696A公开的方法；CN104724699A公开的方法；CN105060289A公开的方法等等。

进一步地，所述高分子材料为PC、ABS、PC和ABS的复合物、硅胶以及TPU塑胶中的任一种或几种。这些高分子材料均为现有无线通讯设备壳体制备常用的原料，经验证，在这些高分子材料中添加生物质石墨烯均能达到很好的转化人体有害的电磁波为有益波的效果和抑菌效果。

进一步地，所述高分子材料和所述生物质石墨烯采用注塑成型法制备所述无线通讯设备壳体。

注塑成型法具有生产速度快、效率高，操作可实现自动化，花色品种多，形状可以由简到繁，尺寸可以由大到小，而且制品尺寸精确，产品易更新换代，能成形状复杂的制件，适用于大量生产与形状复杂产品等成型加工领域。

注射成型过程大致可分为以下6个阶段：合模、射胶、保压、冷却、开模、制品取出。

本发明中的生物质石墨烯的加入时机为：原位聚合、熔融以及溶剂中的任一种。

原位聚合是先在高分子材料中先引入生物质石墨烯，然后再采用注塑成型的步骤制备壳体。

熔融是在注塑成型法中的熔融的步骤添加生物质石墨烯，然后再注射成型。

溶剂是先用有机溶剂将高分子材料溶解，然后加入生物质石墨烯，再进行注射成型的步骤。溶剂法加入生物质石墨烯还可以采取液体加入的方式，先将生物质石墨烯溶于更准确的说是均匀分布于溶剂中，然后再加入至溶解的高分子材料中；或者将生物质石墨烯均匀分布于有机溶剂中，然后，再将高分子材料溶解于分布有生物质石墨烯的有机溶剂中。最后再进行注射成型的步骤。

为了便于生物质石墨烯与其他原料混合均匀，进一步地，所述生物质石墨烯以粉末的形式添加，所述生物质石墨烯的粒度为100μm以下。

更优选地，所述生物质石墨烯的粒度为50μm以下。

更优选地，所述生物质石墨烯的粒度为20μm以下。

更优选地，所述生物质石墨烯的粒度为5μm以下。

更优选地，所述生物质石墨烯的粒度为100nm以下。

更优选地，所述生物质石墨烯的粒度为50nm以下。

更优选地，所述生物质石墨烯的粒度为20nm以下。

生物质石墨烯的粒度越小，则越便于其分布均匀，并发挥更优越的防辐射性能以及抑菌性能。

进一步地，所述无线通讯设备包括手机、平板电脑、电脑、笔记本电脑以及电视。

进一步地，所述无线通讯设备壳体包括无线通讯设备自身壳体、无线通讯设备保护壳体以及壳体装饰物。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明首次提出将生物质石墨烯应用于防辐射产品，特别是无线通讯设备壳体中，制成的产品可以吸收无线通讯设备所产生的波长较长的电磁波例如17-33cm的电磁波，转化为4-14μm波段的电磁波以远红外的形式散发出去，进而降低手机电磁波对人体的伤害，有益于人体健康，并且，该产品还具有抑菌性能。同时，在不影响手机信号的情况下,把手机的热量以远红外的形式散发出去,使其具备远红外的前提下,提高散热性能。

(2)本发明还限定了生物质石墨烯的添加量，不仅使其具有转化波长的性能，并且易于制备出性能稳定的产品。

(3)本发明还限定了生物质石墨烯的粒度，以便于石墨烯与高分子材料混匀，制备优良的产品。

(4)本发明还进一步限定了生物质石墨烯制备无线通讯设备壳体的方法以及具体的添加时机，以制备出性能优良的产品。

(5)本发明首次提出将生物质石墨烯应用于无线通讯设备壳体，无线通讯设备包括但不限于手机、平板电脑、电脑、笔记本电脑以及电视等，壳体包括但不限于无线通讯设备自身壳体、无线通讯设备保护壳体以及壳体装饰物等。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

对生物质石墨烯分布均一性进行以下试验：

分别以PC和ABS的复合物作为高分子材料与不同含量的粒度为50nm以下的生物质石墨烯进行复合，生物质石墨烯的加入时机为熔融加入，即在高分子材料熔融时加入生物质石墨烯，并搅拌混匀，再进行注射成型，制备成手机壳。制得的材料采用电子显微镜观察以及远红外测试方法鉴定生物质石墨烯是否分布均一。具体实验各参数以及结果如表1所示。

表1不同生物质石墨烯含量在材料中分布均一性

在试验过程中发现，生物质石墨烯含量高于10wt％时，生物质石墨烯在制得的手机壳中可见明显分布不均一，有的地方呈团，有的地方未见生物质石墨烯颗粒的分布，在进行检测其远红外波长时，整体性能下降；此外，在生物质石墨烯添加量为10wt％左右时，在熔融加入的过程中发现比较难搅拌均匀，因此，该加入量会给搅拌过程带来较大的工作量和一定的难度；而生物质石墨烯添加量为3wt％以下时，容易混匀。因此，考虑到分布的均一性，本发明中生物质石墨烯的添加量达到10％，更优选生物质石墨烯的添加量为3％以内。

另外，采用不同的加入方式，如原位聚合加入、溶剂法等，结果同熔融加入一致；

高分子材料选用PC、ABS、硅胶、TPU塑胶中的任一种或几种时，其与生物质石墨烯制备过程中的均一性效果同PC和ABS的复合物；

改变加入时生物质石墨烯的粒度如为100μm以下、50μm以下、

20μm以下、5μm以下、100nm以下、20nm以下，结果与50nm以下效果基本一致；但随着粒度的减小，其分布的更为均一，制得的产品的防辐射性能和抑菌性能更为优越；但粒度太大，如在150μm以上，则可见明显分布不均一。

实施例2

无线通讯设备在不同状态下的辐射波长试验

以PC和ABS的复合物作为高分子材料，和不同含量的生物质石墨烯采用注塑成型法分别制备4G苹果6手机保护壳(该手机保护壳不包覆手机天线)。所用的生物质石墨烯的厚度为50nm以下，加入的生物质石墨烯的粒度为50nm以下。采用电磁波辐射检测仪检测在3G网络状态下，不同生物质石墨烯含量的手机保护壳安装在同一手机上，其他条件相同，观察其手机通话状态和待机状态下的信号强度，并测定其SAR值(比吸收率)，如下表2所示。具体地，生物质石墨烯的含量以及手机位置的辐射波长如下表3所示。

表2不同生物质石墨烯含量下手机不同状态下的信号强度和不同生

物质石墨烯含量下的SAR值

比吸收率即SAR值，以任意6分钟记时平均，每公斤人体组织吸收的电磁辐射能量(瓦)。

表3生物质石墨烯的含量以及手机不同位置的辐射波长

本发明在高分子材料中添加生物质石墨烯即可显著降低手机的辐射波长，具体地，从表2可以看出，生物质石墨烯在无线通讯设备壳体中的质量百分含量为0.1％时即可显著降低手机的辐射波长；而在含量为0.5％时，手机的辐射波长已接近达到对人体有益的波长范围内，在含量为1％时，手机的辐射波长已达到对人体有益的波长范围内。但考虑到分布的均一性，本发明中生物质石墨烯的添加量达到10％，更优选生物质石墨烯的添加量为3％以内。

从表2可以看出，本发明提供的手机壳体复合一定含量的生物质石墨烯后，在手机通话以及待机状态下，均能吸收手机所产生的波长较长的电磁波例如17-33cm的电磁波，转化为4-14μm波段的电磁波以远红外的形式散发出去，进而降低手机电磁波对人体的伤害，有益于人体健康。并且，本发明提供的手机壳体不会对手机信号产生影响。

另外，还进行以下实验：

改变所用的生物质石墨烯的厚度以及加入的生物质石墨烯的粒度，如生物质石墨烯的厚度为100nm以下，加入的生物质石墨烯的粒度也在100nm以下，则防辐射性能与均在50nm以下的效果基本一致，并且厚度与粒度更低，则防辐射性能逐渐更强；若加入的生物质石墨烯的粒度在5μm以上，随着其粒度的增加，则防辐射性能逐渐减弱。

实施例3

按照实施例2的方法制备的手机保护壳进行抑菌性能检测，具体如下：

根据GB/T 31402-2015《塑料、塑料表面抗菌性能试验方法》测定表2中制得的手机保护壳的抑菌性，抑菌性测试的菌的种类有大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，测定的结果如表3所示。

表3不同生物质石墨烯含量的手机保护壳的抑菌率

从表3可以看出，本发明提供的手机保护壳具有显著的抑菌效果，并且随着生物质石墨烯含量的增加，抑菌性能逐步提升，在0.1wt％以上时，抑菌性能均达到80％以上；在1wt％以上时，抑菌性能均达到90％以上；在5wt％时，抑菌性能均达到99％，抑菌性能优越。

另外，实施例2-3中高分子材料选用PC、ABS、硅胶、TPU塑胶时，其与生物质石墨烯制成的手机壳和手机保护壳，其性能与手机壳结果基本一致；而制备成壳体装饰物则相应的达到一定的防辐射性能和抑菌效果。

生物质石墨烯与高分子材料还可以制备成平板电脑、电脑、笔记本电脑以及电视的外壳等，其性能与上述手机壳性能结果基本一致。

同时，本发明提供的手机壳在不影响手机信号的情况下,把手机的热量以远红外的形式散发出去,使其具备远红外的前提下,还能提高散热性能。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (15)

1.无线通讯设备壳体，其特征在于，

所述无线通讯设备壳体由高分子材料和生物质石墨烯复合而成，所述高分子材料为PC、ABS、PC和ABS的复合物、硅胶以及TPU塑胶中的任一种或几种；

所述生物质石墨烯在所述无线通讯设备壳体中的质量百分含量为1％-3％。

2.根据权利要求1所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述生物质石墨烯的厚度为100nm以下。

3.根据权利要求1所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述生物质石墨烯的厚度为50nm以下。

4.根据权利要求1所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述生物质石墨烯的厚度为20nm以下。

5.根据权利要求1所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述高分子材料和所述生物质石墨烯采用注塑成型法制备所述无线通讯设备壳体。

6.根据权利要求1所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述生物质石墨烯以粉末的形式添加，所述生物质石墨烯的粒度为100μm以下。

7.根据权利要求6所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述生物质石墨烯的粒度为50μm以下。

8.根据权利要求6所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述生物质石墨烯的粒度为20μm以下。

9.根据权利要求6所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述生物质石墨烯的粒度为5μm以下。

10.根据权利要求6所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述生物质石墨烯的粒度为100nm以下。

11.根据权利要求6所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述生物质石墨烯的粒度为50nm以下。

12.根据权利要求6所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述生物质石墨烯的粒度为20nm以下。

13.根据权利要求1所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述生物质石墨烯的加入时机为：原位聚合加入、熔融加入以及溶剂法加入中的任一种。

14.根据权利要求1-13任一项所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述无线通讯设备包括手机、平板电脑、电脑、笔记本电脑以及电视。

15.根据权利要求1-13任一项所述的无线通讯设备壳体，其特征在于，所述无线通讯设备壳体包括无线通讯设备自身壳体、无线通讯设备保护壳体以及壳体装饰物。