CN111996795B - 电磁屏蔽复合膜布及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电磁屏蔽复合膜布及制备方法，该电磁屏蔽复合膜布包括：载体基布；导电层，位于载体基布一侧面；合金层，位于导电层远离载体基布一侧面；其中，所述合金层为Ag‑Ce合金层，所述导电层为石墨烯导电层。本发明的复合膜布合金层为Ag‑Ce合金层，该合金层以银为导电层，通过渗透铈能够改变银基材料的组织结构和加工性能，同时调控银的介电常数等电磁性能，提高了其综合性能，研究表明通过Ce的掺杂能够提高银基材料综合性能如，力学性能和热学性等；另一方面，Ce在高频短波屏蔽方面也能够起到积极的作用。
Description
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽材料技术领域，尤其涉及一种电磁屏蔽复合膜布及其制备方法。
背景技术
当代社会，随着现代电子设备、无线通信向集成化和高频化的方向发展，电磁辐射污染被称为人类居住环境的“四大污染”之一，严重干扰周边其他电子设备的正常运行，危害人体健康等。在现代战争中，一旦遭受电磁武器的攻击，军事机密就可能被窃取。因此，对电磁辐射进行有效的防护和治理已成为亟待解决的重要问题。
电磁屏蔽材料是阻止电磁波在空间传播或阻止电磁波进入保护空间的一种措施。通常采用具有一定电导率的材料实现高频电磁屏蔽，采用一定磁导率的材料实现低频电磁屏蔽。传统电磁屏蔽材料通常以涂料的形式存在，主要是通过在树脂材料中加入导电材料，包括碳材料(炭黑、石墨烯、碳纳米管等)、金属材料(银、铜、铝、镍等)再或磁性材料等，然而，此种电磁波遮蔽的复合材料往往存在这样或那样的问题，如屏蔽效能低、成本高或力学性能差等。因此，如何提高材料在电磁波屏蔽效果的能力，实为相关业者所共同努力的目标。尽管纯金属或合金材料在屏蔽效能方面一直比较突出，而这些材料基本都是硬质金属材料，且还存在价格昂贵的问题。随着电子元器件的小型化、设备外形的多样化、服用电磁屏蔽材料以及5G技术的发展，对电磁屏蔽材料提出了更高的需求。
因此，急需一种屏蔽效能高、且具有良好力学性能的电磁屏蔽材料。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种电磁屏蔽复合膜布及其制备方法和应用，该屏蔽效能高、且具有良好力学性能以满足电子元器件的使用要求。
第一方面，本发明提供了一种电磁屏蔽复合膜布，包括：
载体基布；
导电层，位于载体基布一侧面；
合金层，位于导电层远离载体基布一侧面；
其中，所述合金层为Ag-Ce合金层，所述导电层为石墨烯导电层。
可选的，还包括：高分子聚合物层，所述高分子聚合物层位于合金层远离载体基布一侧面，所述高分子聚合物层内掺杂有二氧化钛；
所述载体基布的材料为棉、麻、丝或化纤中的一种或几种。
第二方面，本发明还提供了一种电磁屏蔽复合膜布的制备方法，包括：
提供一载体基布；
将石墨烯加入至植酸溶液中分散得到植酸-石墨烯分散液，将所述载体基布浸泡于所述植酸-石墨烯分散液中，干燥后在所述载体基布表面形成导电层；
将Ag、Ce沉积在导电层上即制备得到Ag-Ce合金层。
可选的，所述的电磁屏蔽复合膜布的制备方法，还包括：
配置含有导电聚合物和导电二氧化钛的沉积液，将表面形成导电层的载体基布置于沉积液中采用电化学沉积法将导电聚合物单体、导电二氧化钛沉积在导电层表面形成高分子聚合物层。
可选的，将Ag、Ce沉积在导电层上即制备得到Ag-Ce合金层具体包括：
配置含有Ag+、Ce4+的电解液，将表面形成导电层的载体基布置于电解液中并作为阴极，将Ag+、Ce4+电沉积在导电层表面即得到Ag-Ce合金层。
可选的，所述电解液中Ag+和Ce4+的摩尔浓度之和为0.01～0.05mol/L，其中，Ag+和Ce4+的摩尔比为50～100:1。
可选的，电沉积为恒电流电沉积，且电流密度为3.5～4.5A/dm2，电沉积过程中控制pH为9～10。
可选的，导电聚合物单体包括吡咯、苯胺、噻吩中的一种或几种。
可选的，沉积液中导电聚合物的浓度为0.1～0.3mol/L；于恒电流密度为1～3mA/cm2下进行电化学沉积。
可选的，将所述载体基布浸泡于所述植酸-石墨烯分散液中之前还包括：将载体基布用碱液处理后，清洗，并干燥；然后再将载体基布浸泡在质量分数为5～10％的聚乙烯亚胺溶液中浸泡3～5min，然后于80～100℃下干燥5～10min，再浸泡于所述植酸-石墨烯分散液中。
本发明的一种电磁屏蔽复合膜布相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的电磁屏蔽复合膜布，合金层为Ag-Ce合金层，该合金层以银为导电层，通过渗透铈能够改变银基材料的组织结构和加工性能，同时调控银的介电常数等电磁性能，提高了其综合性能，研究表明通过Ce的掺杂能够提高银基材料综合性能如，力学性能和热学性等；另一方面，Ce在高频短波屏蔽方面也能够起到积极的作用；
(2)本发明的电磁屏蔽复合膜布，还包括高分子聚合物层，高分子聚合物层能起到防止合金层氧化或腐蚀的作用，同时该高分子聚合物层还掺杂有纳米二氧化钛，可以实现该电磁屏蔽复合膜布表面的自清洁作用
(3)本发明的电磁屏蔽复合膜布，载体基布的材料可使电磁屏蔽复合膜布具有良好的柔韧性、抗拉伸性等，为屏蔽膜布提供稳固的力学基础，满足电磁屏蔽材料的轻质、柔韧使用要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的电磁屏蔽复合膜布的结构示意图；
图2为本发明的电磁屏蔽复合膜布的制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种电磁屏蔽复合膜布，包括：
载体基布1；
导电层2，位于载体基布1一侧面；
合金层3，位于导电层2远离载体基布1一侧面；
其中，合金层3为Ag-Ce合金层，导电层2为石墨烯导电层。
在一些实施例中，还包括：高分子聚合物层4，高分子聚合物层4位于合金层3远离载体基布1一侧面，高分子聚合物层4内掺杂有二氧化钛；
载体基布1的材料为棉、麻、丝或化纤中的一种或几种。
需要说明的是，本申请实施例中，载体基布1的材料为棉、麻、丝或化纤中的一种或几种，显然实际中载体基布1的材料还可以为涤纶、锦纶、腈纶或其混纺的梭织、针织、经编织物或无纺布；载体基布1使用上述材料可使电磁屏蔽复合膜布具有良好的柔韧性、抗拉伸性等，为屏蔽膜布提供稳固的力学基础，满足电磁屏蔽材料的轻质、柔韧使用要求。
本申请实施例中，合金层3为Ag-Ce合金层，以银为导电层，通过渗透铈能够改变银基材料的组织结构和加工性能，同时调控银的介电常数等电磁性能，提高了其综合性能。另一方面，Ce在高频短波屏蔽方面也能够起到积极的作用。
本申请实施例中，高分子聚合物层4能起到防止合金层3氧化或腐蚀的作用，同时该高分子聚合物层4还掺杂有纳米二氧化钛，可以实现该电磁屏蔽复合膜布表面的自清洁作用。
本申请实施例中，制备得到的电磁屏蔽复合膜布，利用电磁感应现象在屏蔽表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的目的，即利用了涡流反向磁场对原骚扰磁场的排斥作用，抑制或抵消屏蔽体外的磁场。涡流的大小直接影响屏蔽效果，屏蔽体电阻越小产生的感应涡流越大而且屏蔽体自身的损耗也越小。本申请实施例中以银为导电层，通过渗透铈能够改变银基材料的组织结构和加工性能，同时调控银的介电常数等电磁性能，提高了其综合性能。此外，电磁屏蔽复合膜布对其场量振幅的衰减也能够反映电磁屏蔽复合膜布对电磁波能量的吸收，主要反映在石墨烯较大的比表面积和导电聚合物对电磁波的吸收衰减。
基于同一发明构思，如图2所示，本申请实施例还提供了该电磁屏蔽复合膜布的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供一载体基布；
S2、将石墨烯加入至植酸溶液中分散得到植酸-石墨烯分散液，将所述载体基布浸泡于所述植酸-石墨烯分散液中，干燥后在载体基布表面形成导电层；
S3、将Ag、Ce沉积在导电层上即制备得到Ag-Ce合金层。
具体的，本申请实施例中首先将载体基布使用质量分数为10％的氢氧化钠溶液浸泡处理1h，用清水清洗后并干燥；然后将干燥后的载体基布置于质量分数为5％的聚乙烯亚胺水溶液中浸泡5min，然后于80℃干燥箱中干燥处理10min；然后再将载体基布置于石墨烯质量浓度为5％的植酸-石墨烯分散液中浸泡5min，清洗后于80℃的干燥箱中干燥处理10min，即在载体基布表面形成导电层。
本申请实施例中S3中制备得到Ag-Ce合金层具体为：配置含有1mol/L的NaNO3、0.5mol/L的NH4NO3、0.03mol/L的Ag+和Ce4+的电解液(Ag+和Ce4+的摩尔浓度之和为0.03mol/L，Ag+和Ce4+的摩尔比为80:1)，其中，NaNO3作为导电盐，NH4NO3作为缓冲剂；然后，将载体基布置于电解液中并作为阴极，通过施加恒定电流密度4A/dm2、并控制电解液的pH为9，将Ag和Ce沉积到导电层表面，即得到Ag-Ce合金层。通过该方法利用最少的银含量，均匀分布到载体基布上，极大的降低成本，其次通过铈的掺入提高了银基材料的电磁屏蔽效能。
本申请实施例中还包括在Ag-Ce合金层远离载体基布一侧面制备高分子聚合物层，具体的制备方法，包括：
配置含有0.2mol/L的导电聚合物单体、1mol/L的硫酸钠、0.01mol/L的导电纳米二氧化钛的沉积液，其中，导电聚合物单体包括吡咯、苯胺、噻吩中的一种或几种，本申请实施例中采用吡咯，导电纳米二氧化钛是以二氧化钛为基质，经包覆杂化而得到的兼具二氧化钛性能的高导电性功能粉体；将载体基布置于沉积液中并作为阴极，通过施加恒定电流密度1mA/cm2，并控制沉积液的pH为10，通过电沉积方法将吡咯沉积到Ag-Ce合金层表面，并在吡咯聚合过程中会掺杂部分二氧化钛，形成聚吡咯层即制备得到高分子聚合物层。
实施例2
一种电磁屏蔽复合膜布，包括：
载体基布1；
导电层2，位于载体基布1一侧面；
合金层3，位于导电层2远离载体基布1一侧面；
其中，合金层3为Ag-Ce合金层，导电层2为石墨烯导电层。
在一些实施例中，还包括：高分子聚合物层4，高分子聚合物层4位于合金层3远离载体基布1一侧面，高分子聚合物层4内掺杂有二氧化钛；
载体基布1的材料为棉、麻、丝或化纤中的一种或几种。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了该电磁屏蔽复合膜布的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供一载体基布；
S2、将石墨烯加入至植酸溶液中分散得到植酸-石墨烯分散液，将所述载体基布浸泡于所述植酸-石墨烯分散液中，干燥后在载体基布表面形成导电层；
S3、将Ag、Ce沉积在导电层上即制备得到Ag-Ce合金层。
具体的，本申请实施例中首先将载体基布使用质量分数为15％的氢氧化钠溶液浸泡处理0.5h，用清水清洗后并干燥；然后将干燥后的载体基布置于质量分数为10％的聚乙烯亚胺水溶液中浸泡3min，然后于80℃干燥箱中干燥处理10min；然后再将载体基布置于石墨烯质量浓度为10％的植酸-石墨烯分散液中浸泡3min，清洗后于80℃的干燥箱中干燥处理10min，即在载体基布表面形成导电层。
本申请实施例中S3中制备得到Ag-Ce合金层具体为：配置含有1mol/L的NaNO3、0.5mol/L的NH4NO3、0.04mol/L的Ag+和Ce4+的电解液(Ag+和Ce4+的摩尔浓度之和为0.04mol/L，Ag+和Ce4+的摩尔比为80:1)，其中，NaNO3作为导电盐，NH4NO3作为缓冲剂；然后，将载体基布置于电解液中并作为阴极，通过施加恒定电流密度4A/dm2、并控制电解液的pH为10，将Ag和Ce沉积到导电层表面，即得到Ag-Ce合金层。
本申请实施例中还包括在Ag-Ce合金层远离载体基布一侧面制备高分子聚合物层，具体的制备方法，包括：
配置含有0.1mol/L的导电聚合物单体、1mol/L的硫酸、0.01mol/L的导电纳米二氧化钛的沉积液，其中，导电聚合物单体包括吡咯、苯胺、噻吩中的一种或几种，本申请实施例中采用苯胺；将载体基布置于沉积液中并作为阴极，通过施加恒定电流密度2mA/cm2，并控制沉积液的pH为1，通过电沉积方法将吡咯沉积到Ag-Ce合金层表面，并在苯胺聚合过程中会掺杂部分二氧化钛，形成聚苯胺层即制备得到高分子聚合物层。
实施例3
同实施例2，不同在于，制备高分子聚合物层的方法为：在离子液体三氟化硼乙醚与噻吩浓度比为100:1的电解液中将载体基作为阴极，采用恒电位1.1V并在氮气保护氛围下聚合得到的掺杂二氧化钛的聚噻吩层即制备得到高分子聚合物层。
实施例4
同实施例2，不同在于，制备高分子聚合物层的方法为：通过将含有二氧化钛、导电材料、和树脂以及粘合剂的涂料涂敷或喷涂到Ag-Ce合金层表面即得高分子聚合物层(导电二氧化钛:导电材料:树脂:粘合剂比例为1:3:20:5)；其中，导电材料为乙炔黑，还包括石墨烯，碳纳米管，铜、银、铝等纯金属或合金粉等，树脂为水性聚氨酯，还包括丙烯酸、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯等，粘合剂为聚酰胺类，还包括聚酯类、聚烯烃类等。
对比例1
同实施例2，不同在于，制备Ag-Ce合金层过程中，电解液中不含有Ce4+。
对比例2
同实施例2，不同在于，制备高分子聚合物层过程中，沉积液中不含有导电纳米二氧化钛。
将实施例1～2以及对比例1～4制备得到的电磁屏蔽复合膜布，分别测试其屏蔽性能以及自清洁性能，试验结果如下表1所示。
表1-不同实施例制备的电磁屏蔽复合膜布的性能
从上表1中可知，本发明制备的电磁屏蔽复合膜布具有良好的电磁屏蔽作用，且具有良好的自清洁作用。进一步从对比例1与实施例2对比可知Ce的掺杂可进一步提高复合膜布的电磁屏蔽作用，同时，对比例2与实施例2对比可知纳米二氧化钛的加入增加了复合膜布的自清洁作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种电磁屏蔽复合膜布的制备方法，其特征在于，所述电磁屏蔽复合膜布
包括：
载体基布；
导电层，位于载体基布一侧面；
合金层，位于导电层远离载体基布一侧面；
其中，所述合金层为Ag-Ce合金层，所述导电层为石墨烯导电层；
还包括：高分子聚合物层，所述高分子聚合物层位于合金层远离载体基布一侧面，所述高分子聚合物层内掺杂有二氧化钛；
所述磁屏蔽复合膜布的制备方法，包括：
提供一载体基布；
将石墨烯加入至植酸溶液中分散得到植酸-石墨烯分散液，将所述载体基布浸泡于所述植酸-石墨烯分散液中，干燥后在所述载体基布表面形成导电层；
将Ag、Ce沉积在导电层上即制备得到Ag-Ce合金层，制备得到Ag-Ce合金层具体为：
配置含有Ag+、Ce4+的电解液，将表面形成导电层的载体基布置于电解液中并作为阴极，将Ag+、Ce4+电沉积在导电层表面即得到Ag-Ce合金层；
所述电解液中Ag+和Ce4+的摩尔浓度之和为0.01～0.05mol/L，其中，Ag+和Ce4+的摩尔比为50～100:1；
电沉积为恒电流电沉积，且电流密度为3.5～4.5A/dm2 ，电沉积过程中控制pH为9～10；
导电聚合物单体包括吡咯、苯胺、噻吩中的一种或几种；
沉积液中导电聚合物的浓度为0.1～0.3mol/L；于恒电流密度为1～3mA/cm2 下进行电化学沉积。
2.如权利要求1所述的电磁屏蔽复合膜布的制备方法，其特征在于，所述载体基布的材料为棉、麻、丝或化纤中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的电磁屏蔽复合膜布的制备方法，其特征在于，将所述载体基布浸泡于所述植酸-石墨烯分散液中之前还包括：将载体基布用碱液处理后，清洗，并干燥；然后再将载体基布浸泡在质量分数为5~10%的聚乙烯亚胺溶液中浸泡3~5min，然后于80~100℃下干燥5~10min。
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