CN113121982B - 一种吸收损耗型梯度结构复合电磁屏蔽材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸收损耗型梯度结构复合电磁屏蔽材料及其制备方法，复合电磁屏蔽材料由水性聚氨酯、四氧化三铁、还原氧化石墨烯组成，其梯度结构成分配比：自上而下第一层中的水性聚氨酯占比95wt%~100wt%，第二层中的水性聚氨酯占比88wt%~92wt%，第三层中的水性聚氨酯占比80wt%~85wt%；每层其余量为四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料，其中四氧化三铁含量占比95wt%，还原氧化石墨烯含量占比5wt%，通过浇铸法，逐层自下而上浇铸三号分散液、二号分散液、一号分散液，每层厚度为1mm，最终通过干燥获得梯度结构的复合电磁屏蔽材料，本发明的复合电磁屏蔽材料以吸收损耗为主避免引起严重的二次电磁污染，从根本上解决电磁辐射或干扰带来的危害。

Description

一种吸收损耗型梯度结构复合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材料领域，具体涉及一种吸收损耗型梯度结构复合电磁屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

随着电子、电器以及各种通讯技术的飞速发展和广泛应用，电磁波在人类社会中扮演着越来越重要的角色。但日益凸显的电磁辐射及电磁干扰却产生了极大的负面影响，不仅严重干扰精密仪器设备的稳定工作，而且危害人类身体健康。电磁污染已经成为继大气污染、水污染、噪音污染后的第四大公害。目前，采取电磁屏蔽措施，尽量减少电磁波对保护目标的干扰、辐射，被认为是控制电磁污染有效的方法之一，因此研发高性能的电磁屏蔽材料显得尤为重要。

在电磁屏蔽中，反射和吸收是阻隔电磁辐射的主要途径。对于电磁辐射的反射，材料必须具有可移动的电荷载体，而对电磁辐射的吸收主要取决于辐射中电和磁偶极子与电磁场的相互作用。因此，屏蔽材料需要具有一定的导电性，同时要形成良好的导电路径。金属材料由于自身具有移动电子表现出较高的电导率，常用于电磁屏蔽。相比于金属屏蔽材料，导电聚合物复合材料表现出了密度小、成本低、加工成型性好、耐腐蚀以及导电性能可调等优势，从而成为近年来被广泛研究的电磁屏蔽材料。这些复合材料在电子、航空航天、飞机、可穿戴设备和汽车等电磁干扰屏蔽领域具有广阔的应用前景。

然而，无论是金属屏蔽材料还是备受关注的导电聚合物复合材料，其有效的电磁屏蔽性能都是基于对电磁波的反射，反射效率通常高于90%。也就是说在屏蔽过程中反射回去的电磁波仍然具有初始入射电磁波90%及以上的能量。显然，这种以反射为主的电磁屏蔽材料会引起严重的二次电磁污染并造成电磁环境的复杂化，也不能从根本上解决电磁辐射或干扰带来的危害。因此，随着5G时代的到来以及电子设备的小型化、集成化，开发具有低反射特征甚至以电磁波吸收损耗为主的电磁屏蔽材料已成为目前电磁防护领域的迫切需求。

综上所述，本发明将开发制备一种以电磁波吸收损耗为主的吸收损耗型层状梯度结构聚氨酯基复合电磁屏蔽材料。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种吸收损耗型梯度结构复合电磁屏蔽材料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案为一种吸收损耗型梯度结构复合电磁屏蔽材料，所述复合电磁屏蔽材料由水性聚氨酯、四氧化三铁、还原氧化石墨烯组成，其梯度结构成分配比：自上而下第一层中的水性聚氨酯占比95wt%~100wt% ，第二层中的水性聚氨酯占比88wt%~92wt%，第三层中的水性聚氨酯占比80wt%~85wt%；每层其余量为四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料，其中四氧化三铁含量占比95wt%，还原氧化石墨烯含量占比5wt%。

本发明同时提供一种吸收损耗型梯度结构复合电磁屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料依次与自上而下每层中的水性聚氨酯进行溶液共混，制备一号分散液、二号分散液和三号分散液；

（2）通过浇铸法，逐层自下而上浇铸三号分散液、二号分散液、一号分散液，每层厚度为1mm，最终通过干燥获得梯度结构的复合电磁屏蔽材料。

进一步地，所述步骤（1）中的四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料通过四氧化三铁和还原氧化石墨烯共沉淀法制备。

本发明技术方案对电磁屏蔽材料的成分进行了改进，新型的复合电磁屏蔽材料主要是以电磁波吸收损耗为主的电磁屏蔽材料，解决传统屏蔽材料反射回去的电磁波仍然具有初始入射电磁波90%及以上的能量，本发明的复合电磁屏蔽材料以吸收损耗为主避免引起严重的二次电磁污染，从根本上解决电磁辐射或干扰带来的危害，使本发明复合电磁屏蔽材料在电子、航空航天、飞机、可穿戴设备和汽车等电磁干扰屏蔽领域起到了很好的安全防范作用。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

本发明提供了如下具体实施方案，公开了各种组合实施例的性能。因此，应当认为本专利具体记载公开了所述技术方案的所有可能的组合方式。

本发明技术方案中所一种吸收损耗型梯度结构复合电磁屏蔽材料，所述复合电磁屏蔽材料由水性聚氨酯、四氧化三铁、还原氧化石墨烯组成，其梯度结构成分配比：自上而下第一层中的水性聚氨酯占比95wt%~100wt% ，第二层中的水性聚氨酯占比88wt%~92wt%，第三层中的水性聚氨酯占比80wt%~85wt%；每层其余量为四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料，其中四氧化三铁含量占比95wt%，还原氧化石墨烯含量占比5wt%。

实施例1

通过共沉淀法制备四氧化三铁（Fe3O4）@还原氧化石墨烯（rGO）磁性纳米材料，其中四氧化三铁含量占比95wt%，还原氧化石墨烯含量占比5wt%，将四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料依次与自上而下每层中的水性聚氨酯进行溶液共混，制备一号分散液、二号分散液和三号分散液。一号分散液、二号分散液和三号分散液中的水性聚氨酯占比分别为95wt%、90 wt%、85 wt%，根据每种分散液中水性聚氨酯含量占比不同，四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料占比分别为5wt%、10 wt%、15 wt%。通过浇铸法，逐层自下而上浇铸三号分散液、二号分散液、一号分散液，每层厚度为1mm，最终通过干燥获得梯度结构的复合电磁屏蔽材料。

对上述制得的产物进行如下检测：

采用矢量网络分析仪测试材料的电磁屏蔽效能。用于测试的试样为内径３ｍｍ、外径７ｍｍ、厚度２ｍｍ的圆环形试样。

实施例2

通过共沉淀法制备四氧化三铁（Fe3O4）@还原氧化石墨烯（rGO）磁性纳米材料，其中四氧化三铁含量占比95wt%，还原氧化石墨烯含量占比5wt%，将四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料依次与自上而下每层中的水性聚氨酯进行溶液共混，制备一号分散液、二号分散液和三号分散液。一号分散液、二号分散液和三号分散液中的水性聚氨酯占比分别为100wt%、90 wt%、80 wt%，根据每种分散液中水性聚氨酯含量占比不同，四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料占比分别为0wt%、10 wt%、20wt%。通过浇铸法，逐层自下而上浇铸三号分散液、二号分散液、一号分散液，每层厚度为1mm，最终通过干燥获得梯度结构的复合电磁屏蔽材料。

对上述制得的产品进行检测，检测方法与检测内容与实施例1完全相同。

实施例3

通过共沉淀法制备四氧化三铁（Fe3O4）@还原氧化石墨烯（rGO）磁性纳米材料，其中四氧化三铁含量占比95wt%，还原氧化石墨烯含量占比5wt%，将四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料依次与自上而下每层中的水性聚氨酯进行溶液共混，制备一号分散液、二号分散液和三号分散液。一号分散液、二号分散液和三号分散液中的水性聚氨酯占比分别为98wt%、92 wt%、82 wt%，根据每种分散液中水性聚氨酯含量占比不同，四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料占比分别为2wt%、8 wt%、18 wt%。通过浇铸法，逐层自下而上浇铸三号分散液、二号分散液、一号分散液，每层厚度为1mm，最终通过干燥获得梯度结构的复合电磁屏蔽材料。

对上述制得的产品进行检测，检测方法与检测内容与实施例1完全相同。

实施例4

通过共沉淀法制备四氧化三铁（Fe3O4）@还原氧化石墨烯（rGO）磁性纳米材料，其中四氧化三铁含量占比95wt%，还原氧化石墨烯含量占比5wt%，将四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料依次与自上而下每层中的水性聚氨酯进行溶液共混，制备一号分散液、二号分散液和三号分散液。一号分散液、二号分散液和三号分散液中的水性聚氨酯占比分别为96wt%、88 wt%、80 wt%，根据每种分散液中水性聚氨酯含量占比不同，四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料占比分别为4wt%、12 wt%、20 wt%。通过浇铸法，逐层自下而上浇铸三号分散液、二号分散液、一号分散液，每层厚度为1mm，最终通过干燥获得梯度结构的复合电磁屏蔽材料。

对上述制得的产品进行检测，检测方法与检测内容与实施例1完全相同。

表1 实施例1-4的电磁屏蔽效能如下所示。

根据以上结果可以看出实施例4的电磁屏蔽效能较好。

Claims (2)

1.一种吸收损耗型梯度结构复合电磁屏蔽材料，其特征在于,所述复合电磁屏蔽材料由水性聚氨酯、四氧化三铁、还原氧化石墨烯组成，其梯度结构成分配比：自上而下第一层中的水性聚氨酯占比95wt%~100wt% ，第二层中的水性聚氨酯占比88wt%~92wt%，第三层中的水性聚氨酯占比80wt%~85wt%，每层其余量为四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料，其中四氧化三铁含量占比95wt%，还原氧化石墨烯含量占比5wt%，且每层厚度为1mm；

所述四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料通过四氧化三铁和还原氧化石墨烯共沉淀法制备。

2.一种根据权利要求1所述吸收损耗型梯度结构复合电磁屏蔽材料的制备方法，其特征是包括如下步骤：

（1）将四氧化三铁@还原氧化石墨烯磁性纳米材料依次与自上而下每层中的水性聚氨酯进行溶液共混，制备一号分散液、二号分散液和三号分散液；

（2）通过浇铸法，逐层自下而上浇铸三号分散液、二号分散液、一号分散液，最终通过干燥获得梯度结构的复合电磁屏蔽材料。