CN113118002A - 一种碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜及制备方法 - Google Patents

一种碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电磁屏蔽材料技术领域，特别涉及一种碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜及其制备方法，以是高分子聚合物薄膜为基底，所述基底上涂覆碳纳米管/二维碳化钛纳米片复合薄膜。本发明利用二维碳化钛纳米片和碳纳米管在柔性聚合物基底上构成导电渗透网络，充分利用了各个材料的优势，增强了薄膜的性能。该透明电磁屏蔽薄膜相较于传统的金属薄膜，有更好的柔性以及质量轻、透光性好的优势，其在新一代电子设备的电磁屏蔽方面有着较大的发展潜力。同时，本发明的薄膜制备方法简易、便捷，且环境友好、成本较低，该薄膜质量轻、柔性好，比传统的基于金属材质的电磁屏蔽方案更容易与小型或者柔性电子设备相兼容，在电磁屏蔽领域中有广阔的发展前景。

Description

一种碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜及制备方法
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽材料技术领域，特别涉及种一种碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜及其制备方法。
背景技术
随着电子技术的快速发展，各类电子设备在我们生活中的应用越来越广泛。然而，电子器件发射的电磁波可能会造成系统、元件之间的信号串扰，对复杂电子设备的精度造成影响；除此之外，还可能对人体健康以及生态环境造成严重的损害。因此，我们需要一种性能优异且具有广泛适用性的电磁屏蔽材料，防护电磁波污染。
现阶段商用的电磁屏蔽材料多为具有优良导电性能的金属材料。但是，金属存在着密度过高、柔性较差、环境稳定性较差等不足。然而，随着柔性光电子技术的发展，可折叠屏手机、可穿戴电子设备等柔性电子设备开始走入我们的生活，电磁屏蔽材料不仅需要具备良好的防电磁干扰能力，而且需要与柔性器件相兼容，同时具备一定的透光性。
碳纳米管是一种典型的一维纳米材料，具有优异独特的电学、力学、电化学等性能，在电磁屏蔽应用领域得到了大量的研究，展现了广泛的应用前景。例如，利用一维的碳纳米管组装成二维结构的碳纳米管薄膜，由于碳纳米管优异的力学性能以及较高的电导率，该结构可以在保证一定可见光透过率的前提下起到电磁屏蔽的效果，同时具备传统金属材料所欠缺的柔性和质量轻等优点。但是，碳纳米管薄膜也存在它的不足，比如其导电性主要通过碳纳米管网络实现，在碳纳米管之间则留有许多空隙。这影响了薄膜整体的导电性，也从根本上限制了其电磁屏蔽性能。因此，如何在此基础上提高碳纳米管薄膜的屏蔽性能，是当前电磁屏蔽材料研究领域技术人员亟需解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜，是以高分子聚合物薄膜为基底，所述基底上涂覆碳纳米管/二维碳化钛纳米片复合薄膜。
一维的碳纳米管在柔性聚合物基底上互相连接形成无序的导电网络状结构，为电荷的传导提供了导电网络，碳纳米管之间的空隙也有助于提高薄膜整体的透光性，即可以同时实现可见光的透过和高频电磁波的屏蔽；除此之外，碳化钛纳米片有效地填充了碳纳米管之间的空隙，充当了导电桥梁，进一步提高了薄膜的导电性和屏蔽性能。
所述碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.配置碳纳米管分散液、二维碳化钛纳米片分散液以及碳纳米管/二维碳化钛纳米片混合分散液；
S2.将步骤S1得到的二维碳化钛纳米片分散液和碳纳米分散液依次重复旋涂2～8次至聚合物薄膜基底上，然后干燥；
或者，将碳纳米管/二维碳化钛纳米片混合分散液旋涂2～8次至聚合物薄膜基底上，然后干燥。
上述步骤S2中通过匀胶机将二维碳化钛纳米片分散液、碳纳米管分散液或二者混合分散液旋涂至基底上。
上述碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜中碳纳米管呈网络状分布于基底表面，二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片均匀分布于网络之间，并与碳纳米管形成良好的结合。
优选地，碳纳米管分散液浓度为1～5mg/mL；二维碳化钛纳米片分散液浓度为1～20mg/mL。所述分散溶液的溶剂为水或醇类溶剂。
优选地，所述步骤S2中旋涂的转速为500～5000rpm。
优选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管；所述高分子聚合物基底包括：PET、PVA、PE、PDMS、PI。
优选地，所述二维碳化钛纳米片为通过化学剥离法剥离Ti3AlC2制备得到。
所述的二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片的化学剥离法制备流程，具体为：将Ti3AlC2粉末加入HCl/LiF溶液中，在35℃下加热搅拌，持续反应24h。待反应结束后，将产物收集并在水溶液中超声处理，离心得到二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片粉末。
所述碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜作为电磁屏蔽材料应用。与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的一种碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜，利用二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片和碳纳米管在柔性聚合物基底上构成导电渗透网络，充分利用了各个材料的优势，增强了薄膜的性能。该电磁屏蔽薄膜相较于传统的金属薄膜，有更好的柔性以及质量轻、透光性好的优势，在新一代电子设备的电磁屏蔽方面有着较大的发展潜力。同时，本发明的薄膜制备方法简易、便捷，且环境友好、成本较低，该薄膜质量轻、柔性好，比传统的基于金属材质的电磁屏蔽方案更容易与小型或者柔性电子设备相兼容，在电磁屏蔽领域中有广阔的发展前景。
附图说明
图1为碳纳米管/二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片复合薄膜表面形貌的SEM图；
图2为实施例1中电磁屏蔽薄膜透过率光谱图；
图3为实施例2中电磁屏蔽薄膜的电磁屏蔽效能谱线；
图4为实施例3中电磁屏蔽薄膜透过率光谱图；
图5为实施例4中电磁屏蔽薄膜的电磁屏蔽效能谱线。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实验例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1
一种碳纳米管/二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片透明电磁屏蔽薄膜及其制备方法。该薄膜材料包括碳纳米管、碳化钛纳米片、高分子聚合物基底。该电磁屏蔽复合薄膜的制备包括以下步骤：
(1)称取一定量的二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片粉末，分散于去离子水中配置成15mg/mL的二维碳化钛纳米片水分散液；称取一定量的单壁碳纳米管，分散于去离子水中配置浓度为1.5mg/mL的碳纳米管水分散液；
(2)将PDMS基底在氧气等离子中处理10min；
(3)将处理之后的PDMS固定在硬质底板上，再将其放置在匀胶机上。滴加上述碳纳米管分散液，以3000rpm的转速旋涂15s；待其自然干燥后，再滴加上述碳化钛纳米片分散液，以3000rpm的转速旋涂15s，待其自然干燥，将PDMS从硬质底板取下，得到所需柔性电磁屏蔽薄膜。
如图2所示，该薄膜方阻为600Ω/sq，550nm光波透过率为83.7％。上述碳纳米管/二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片透明电磁屏蔽薄膜的SEM图如图1所示，可以看出一维的碳纳米管交织成网络结构，二维碳化钛分布在网络结构之间。
实施例2
一种碳纳米管/二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片透明电磁屏蔽薄膜及其制备方法。该薄膜材料包括碳纳米管、碳化钛纳米片、高分子聚合物基底。该电磁屏蔽薄膜的制备包括以下步骤：
(1)称取一定量的二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片粉末，分散于去离子水中配置成5mg/mL的二维碳化钛纳米片水分散液；称取一定量的单壁碳纳米管，分散于去离子水中配置浓度为1mg/mL的碳纳米管水分散液；
(2)将PDMS基底在氧气等离子中处理10min；
(3)将处理之后的PDMS固定在硬质底板上，再将其放置在匀胶机上。滴加上述碳纳米管分散液，以1500rpm的转速旋涂15s；待其自然干燥后，滴加上述碳化钛纳米片分散液，以1500rpm的转速旋涂15s；待其自然干燥后，再重复上述操作2次，即总共旋涂碳纳米管和二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片分散液各3次。将PDMS从硬质底板取下，得到所需电磁屏蔽薄膜。如图3所示，该薄膜的平均电磁屏蔽效能可达11.2dB。
实施例3
一种碳纳米管/二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片透明电磁屏蔽薄膜及其制备方法。该薄膜材料包括碳纳米管、碳化钛纳米片、高分子聚合物基底。该电磁屏蔽薄膜的制备包括以下步骤：
(1)将碳纳米管和二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片分散至水溶液中，配置成碳纳米管/二维碳化钛纳米片混合水分散液。两者浓度分别为15mg/mL和1.5mg/mL；
(2)将PDMS基底在氧气等离子中处理10min；
将处理之后的PDMS固定在硬质底板上，再将其放置在匀胶机上。滴加上述碳纳米管/二维碳化钛纳米片混合分散液，以4000rpm的转速旋涂15s；待其自然干燥，将PDMS从硬质底板取下，得到所需电磁屏蔽薄膜。如图4所示，该薄膜方阻为800Ω/sq，在550nm光波处透过率为87.3％。
实施例4
一种碳纳米管/二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片柔性透明电磁屏蔽薄膜及其制备方法。该薄膜材料包括碳纳米管、碳化钛纳米片、高分子聚合物基底。
该电磁屏蔽薄膜的制备包括以下步骤：
(1)将碳纳米管和二维碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片分散至水溶液中，配置成碳纳米管/二维碳化钛纳米片混合水分散液。两者浓度分别为15mg/mL和1.5mg/mL；
(2)将PDMS基底在氧气等离子中处理10min；
(3)将亲水处理之后的PDMS固定在硬质底板上，再将其放置在匀胶机上。滴加若干滴上述碳纳米管/二维碳化钛纳米片混合分散液，以2000rpm的转速旋涂15s；待其自然干燥后，再重复上述旋涂步骤5次；待其自然干燥，将PDMS从硬质底板取下，得到所需电磁屏蔽薄膜。如图5，该薄膜的平均电磁屏蔽效能可达10.8dB。
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜，其特征在于，以高分子聚合物薄膜为基底，所述基底上涂覆碳纳米管/二维碳化钛纳米片复合薄膜。
2.权利要求1所述碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.配置碳纳米管分散液、二维碳化钛纳米片分散液以及碳纳米管/二维碳化钛纳米片混合分散液；
S2.将步骤S1得到的二维碳化钛纳米片分散液和碳纳米管分散液依次重复旋涂2～8次至聚合物薄膜基底上，然后干燥；
或者，将碳纳米管/二维碳化钛纳米片混合分散液旋涂2～8次至聚合物薄膜基底上，然后干燥。
3.根据权利要求2所述碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜的制备方法，其特征在于，碳纳米管分散液浓度为1～5mg/mL；二维碳化钛纳米片分散液浓度为1～20mg/mL。
4.根据权利要求2或3所述碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜的制备方法，其特征在于，所述分散溶液的溶剂为水或醇类溶剂。
5.根据权利要求2所述碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中旋涂的转速为500～5000rpm。
6.根据权利要求1所述碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管；所述高分子聚合物基底包括：PET、PVA、PE、PDMS、PI。
7.根据权利要求1所述碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜，其特征在于，所述二维碳化钛纳米片为通过化学剥离法剥离Ti3AlC2制备得到。
8.权利要求1所述碳纳米管/二维碳化钛透明电磁屏蔽薄膜在制备电磁屏蔽材料应用。
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