CN113501976A - 一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法 - Google Patents

一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113501976A
CN113501976A CN202110916832.8A CN202110916832A CN113501976A CN 113501976 A CN113501976 A CN 113501976A CN 202110916832 A CN202110916832 A CN 202110916832A CN 113501976 A CN113501976 A CN 113501976A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electromagnetic shielding
self
powder
repairing
repairing skin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110916832.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113501976B (zh
Inventor
陈苑明
张灵芝
阿的克古
朱小龙
何为
王守绪
王翀
周国云
洪延
杨文君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202110916832.8A priority Critical patent/CN113501976B/zh
Publication of CN113501976A publication Critical patent/CN113501976A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113501976B publication Critical patent/CN113501976B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075—Macromolecular gels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/18—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C18/1851—Pretreatment of the material to be coated of surfaces of non-metallic or semiconducting in organic material
    • C23C18/1872—Pretreatment of the material to be coated of surfaces of non-metallic or semiconducting in organic material by chemical pretreatment
    • C23C18/1886—Multistep pretreatment
    • C23C18/1893—Multistep pretreatment with use of organic or inorganic compounds other than metals, first
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/31—Coating with metals
    • C23C18/32—Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron
    • C23C18/34—Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron using reducing agents
    • C23C18/36—Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron using reducing agents using hypophosphites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2333/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2333/02—Homopolymers or copolymers of acids; Metal or ammonium salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2405/00—Characterised by the use of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08J2401/00 or C08J2403/00
    • C08J2405/08—Chitin; Chondroitin sulfate; Hyaluronic acid; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/01—Magnetic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/042—Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，属于功能材料技术领域。本发明通过高温热解竹荪得到生物质碳粉末；然后采用预处理后化学镀的方法催化还原磁性金属纳米颗粒实现在生物质碳粉末上的附着，得到磁性电磁屏蔽粉末；最后通过将磁性电磁屏蔽粉末引入物理交联自修复亲肤水凝胶中制备而成。本发明制得的电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶，具有电磁屏蔽、自修复的双重功能，其电磁屏蔽效能在X波段高达57dB；该材料受到损伤后在常温就能够实现自修复，且自修复响应速度快，将断裂的两部分表面在室温下接触放置1h即可完成自修复，修复后的水凝胶电磁屏蔽效能在X波段可达45dB。

Description

一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法。
背景技术
随着电子技术的迅速发展，越来越多的电子设备向着小型化、柔性化和可穿戴方向发展。与传统的电子传感器相比，柔性可穿戴传感器具有更大的灵活性和延展性、高敏感性等特点，能够监测环境的微妙变化，如温度、湿度、压力等，具有巨大的市场潜力。水凝胶性能柔软、可拉伸、具有生物相容性，在传感器、软体机器人、人造皮肤等领域有着广阔的应用前景，因此，开发新功能的水凝胶越来越受到人们的关注。其中，自修复水凝胶受到了相当大的关注，因为水凝胶的自修复性能对于提高材料的结构安全性和寿命至关重要。然而，这些自修复水凝胶由于缺乏功能性而极大地阻碍了其实际应用发展。赋予自修复水凝胶电磁屏蔽功能可以有效抑制电磁干扰(EMI)，是扩大其实际应用前景的一种途径。电子设备的快速发展带来了很多电磁干扰问题，产生的电磁干扰可能会对附近设备、周围环境乃至人体产生不利影响。电磁屏蔽材料可以通过反射或散射电磁波来克服上述障碍，因此受到了广泛关注。目前，越来越多电磁屏蔽材料已经应用在日常生活中，但当电磁屏蔽材料受到机械损伤(如裂纹、划痕、大应变等)时，其电磁干扰屏蔽性能往往会下降，影响了电磁干扰屏蔽材料的长期使用。
具有电磁屏蔽性能的自修复材料，近年来也有很多研究成果。Yang等人在文献《Robust and Mechanically and Electrically Self-Healing Hydrogel for EfficientElectromagnetic Interference Shielding》中以纤维素纳米纤维(CNF)为分散剂，将多壁碳纳米管(MWCNTs)加入到疏水缔合聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶中，成功地制备出具有高效电磁屏蔽性能的自愈合水凝胶，电磁屏蔽效能最高可达28.5dB，自愈合后，不仅能够恢复其内部结构和力学性能，并且能够恢复其电气性能和电磁屏蔽性能，但该材料的电磁屏蔽性能不高，并且需要一个星期才能实现自修复，另外制备工艺复杂且成本较高。
因此，寻找一种电磁屏蔽性能优异、自修复响应速度快的自修复电磁屏蔽材料的制备方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对背景技术存在的问题，提出了一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供的一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，通过高温热解竹荪得到生物质碳粉末；然后采用预处理后化学镀的方法催化还原磁性金属纳米颗粒实现在生物质碳粉末上的附着，得到磁性电磁屏蔽粉末；最后通过将磁性电磁屏蔽粉末引入物理交联自修复亲肤水凝胶中制备而成。
一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、生物质碳粉末的制备：
(1)将干燥的竹荪置于管式炉中高温碳化，待降温冷却后取出研磨成粉末，得到固体粉末A；其中，高温碳化反应温度为250～350℃，反应时间为2～3h，反应在惰性气体保护下进行；
(2)将固体粉末A与活化剂加入溶剂中，搅拌混合均匀，得到悬浮液，干燥，研磨，得到固体粉末B；其中，所述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、二氧化锌或磷酸中的一种或几种；所述溶剂为去离子水、乙醇中的一种或两种；悬浮液中，固体粉末A的浓度为0.2～0.3g/mL，活化剂的浓度为0.2～0.9g/mL；
(3)将步骤(2)得到的固体粉末B置于管式炉中高温热解，待降温冷却后取出，用1～2mol/L盐酸浸泡，清洗、干燥、研磨，得到所述的生物质碳粉末；其中，高温热解条件为：在惰性气体保护下，升温速率为2～10℃/min，反应温度为600～1000℃，反应时间为3～5h；
步骤2、生物质碳粉末的预处理：将步骤1得到的生物质碳粉末加入浓度为11～18g/L的氯化亚锡溶液中进行敏化，2～3min后用去离子水过滤清洗；再加入浓度为0.4～0.8g/L的氯化钯溶液中进行活化，2～3min后用去离子水过滤清洗；
步骤3、磁性电磁屏蔽粉末的制备：将步骤2预处理后的生物质碳粉末加入化学镀液中进行化学镀，施镀时间为2～40min，施镀温度为60～75℃，然后过滤、干燥，得到磁性电磁屏蔽粉末；其中，所述化学镀液的成分为：8～20g/L的主盐、12～22g/L的一水次亚磷酸钠、5～11g/L的二水柠檬酸三钠、12～25g/L的三水醋酸钠、15～25mL/L的甲醛溶液作为还原剂，所述主盐为硫酸镍、硫酸钴、三氯化铁中的一种；
步骤4、电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备：
(1)将分散剂和步骤3得到的磁性电磁屏蔽粉末加入去离子水中，超声分散并用搅拌桨正反剧烈搅拌得到混合溶液C；其中，所述分散剂与磁性电磁屏蔽粉末的质量比为3：(1～10)，磁性电磁屏蔽材料的浓度为0.002～0.004g/mL；
(2)将质量分数为1～8wt％的表面活性剂、质量分数为0.02～0.05wt％的甲基丙烯酸月桂酯、质量分数为0.04～0.13wt％的氧化石墨烯和质量分数为0.2～0.6wt％的壳聚糖加入到混合溶液C中，超声分散得到混合溶液D；
(3)将质量分数为0.1～1.5wt％的引发剂、质量分数为1～20wt％的有机单体和质量分数为0.1～0.9wt％的交联剂加入到混合溶液D中，搅拌均匀得到混合溶液E；
(4)将混合溶液E转移到模具中，放入真空干燥箱中聚合，聚合温度为50～70℃，聚合时间为4～8h，完成后，即可得到所述电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶。
进一步的，步骤2中，每1g生物质碳粉末加入100～200mL氯化亚锡溶液和100～200mL氯化钯溶液。
进一步的，步骤3中，每1g预处理后的生物质碳粉末加入200～400mL化学镀液中。
进一步的，步骤4所述分散剂为聚乙二醇辛基苯基醚或者十六烷基三甲基溴化铵。
进一步的，步骤4中所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或柠檬酸钠中的一种或几种。
进一步的，步骤4中所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾或硫酸铵，有机单体为丙烯酸、甲基丙烯酸甲酸或丙烯酰胺，交联剂为三氯化铁或氯化钙。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，采用竹荪为原料，通过两次高温热解的方法制备生物质碳粉末，第一次高温热解得到预碳化的竹荪粉末，除去了竹荪中的有机物和水分，有利于后续步骤中和活化剂充分混合；本发明中对预碳化竹荪与活化剂质量比进行了调整，有利于第二阶段高温热解中活化剂进入石墨化层，从内部对碳进行刻蚀，从而形成微孔和大孔多级分布的多孔结构，有利于电磁波的多重反射和散射；采用预处理后化学镀的方法催化还原磁性金属纳米颗粒实现在生物质碳粉末上的附着制备磁性电磁屏蔽粉末，有利于提高生物质碳粉末的电导率，同时生物质碳粉末与磁性金属纳米颗粒的结合能够在保持介电常数的同时提高阻抗匹配和磁损耗，有利于损耗电磁波；通过均匀分散磁性电磁屏蔽粉末得到混合溶液，以此混合溶液为基础制备电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶，能够实现磁性电磁屏蔽粉末在水凝胶中的均匀分布，从而更好地构建电磁屏蔽导电网络，有利于磁性电磁屏蔽粉末屏蔽电磁波。此外，有利于磁性电磁屏蔽粉末中的磁性纳米颗粒与壳聚糖和有机单体中的羟基、羧基、氨基进行配位，形成物理交联网络，从而保证自修复功能的实现。本发明通过以上方法制备的电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶，具有电磁屏蔽、自修复的双重功能，其电磁屏蔽效能在X波段高达57dB；该材料受到损伤后在常温就能够实现自修复，且自修复响应速度快，将断裂的两部分表面在室温下接触放置1h即可完成自修复，修复后的水凝胶电磁屏蔽效能在X波段可达45dB；不仅如此，本发明提供的电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶能够与皮肤完美贴合，可广泛应用于可穿戴柔性电子器件，保护器件免受外力和电磁干扰的破坏；此外，本发明提供的电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶制备方法具有工艺简单、易操作的优点。
附图说明
图1为本发明实施例的一种生物质碳粉末的SEM图；
图2为本发明实施例的一种磁性电磁屏蔽粉末的SEM图；
图3为本发明实施例的一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的电磁屏蔽效能。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供的一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，通过高温热解竹荪得到生物质碳粉末；然后采用预处理后化学镀的方法催化还原磁性金属纳米颗粒实现在生物质碳粉末上的附着，得到磁性电磁屏蔽粉末；最后通过将磁性电磁屏蔽粉末引入物理交联自修复亲肤水凝胶中制备而成。
一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、生物质碳粉末的制备：
(1)将干燥的竹荪置于管式炉中高温碳化，待降温冷却后取出研磨成粉末，得到固体粉末A；其中，高温碳化反应温度为250～350℃，反应时间为2～3h，反应在惰性气体保护下进行；
(2)将固体粉末A与活化剂加入溶剂中，搅拌混合均匀，得到悬浮液，干燥，研磨，得到固体粉末B；其中，所述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、二氧化锌或磷酸中的一种或几种；所述溶剂为去离子水、乙醇中的一种或两种；悬浮液中，固体粉末A的浓度为0.2～0.3g/mL，活化剂的浓度为0.2～0.9g/mL；
(3)将步骤(2)得到的固体粉末B置于管式炉中高温热解，待降温冷却后取出，用1～2mol/L盐酸浸泡，清洗、干燥、研磨，得到所述的生物质碳粉末；其中，高温热解条件为：在惰性气体保护下，升温速率为2～10℃/min，反应温度为600～1000℃，反应时间为3～5h；
步骤2、生物质碳粉末的预处理：将步骤1得到的生物质碳粉末加入浓度为11～18g/L的氯化亚锡溶液中进行敏化，2～3min后用去离子水过滤清洗；再加入浓度为0.4～0.8g/L的氯化钯溶液中进行活化，2～3min后用去离子水过滤清洗；
步骤3、磁性电磁屏蔽粉末的制备：将步骤2预处理后的生物质碳粉末加入化学镀液中进行化学镀，施镀时间为2～40min，施镀温度为60～75℃，然后过滤、干燥，得到磁性电磁屏蔽粉末；其中，所述化学镀液的成分为：8～20g/L的主盐、12～22g/L的一水次亚磷酸钠、5～11g/L的二水柠檬酸三钠、12～25g/L的三水醋酸钠、15～25mL/L的甲醛溶液作为还原剂，所述主盐为硫酸镍、硫酸钴、三氯化铁中的一种；
步骤4、电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备：
(1)将分散剂和步骤3得到的磁性电磁屏蔽粉末加入去离子水中，超声分散并用搅拌桨正反剧烈搅拌得到混合溶液C；其中，所述分散剂与磁性电磁屏蔽粉末的质量比为3：(1～10)，磁性电磁屏蔽材料的浓度为0.002～0.004g/mL；
(2)将质量分数为1～8wt％的表面活性剂、质量分数为0.02～0.05wt％的甲基丙烯酸月桂酯、质量分数为0.04～0.13wt％的氧化石墨烯和质量分数为0.2～0.6wt％的壳聚糖加入到混合溶液C中，超声分散得到混合溶液D；
(3)将质量分数为0.1～1.5wt％的引发剂、质量分数为1～20wt％的有机单体和质量分数为0.1～0.9wt％的交联剂加入到混合溶液D中，搅拌均匀得到混合溶液E；
(4)将混合溶液E转移到模具中，放入真空干燥箱中聚合，聚合温度为50～70℃，聚合时间为4～8h，完成后，即可得到所述电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶。
进一步的，步骤2中，每1g生物质碳粉末加入100～200mL氯化亚锡溶液和100～200mL氯化钯溶液。
进一步的，步骤3中，每1g预处理后的生物质碳粉末加入200～400mL化学镀液中。
进一步的，步骤4所述分散剂为聚乙二醇辛基苯基醚或者十六烷基三甲基溴化铵。
进一步的，步骤4中所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或柠檬酸钠中的一种或几种。
进一步的，步骤4中所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾或硫酸铵，有机单体为丙烯酸、甲基丙烯酸甲酸或丙烯酰胺，交联剂为三氯化铁或氯化钙。
本实施方式提出的一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，具有工艺简单、性能优异的特点。本实施方式中制备了一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶，通过高温热解竹荪得到生物质碳粉末，然后采用预处理后化学镀的方法催化还原磁性金属纳米颗粒实现在生物质碳粉末上的附着得到磁性电磁屏蔽粉末，通过将磁性电磁屏蔽粉末引入物理交联自修复亲肤水凝胶中制备而成。生物质碳粉末具有良好多孔结构，有利于电磁波的多次反射和减轻重量。将磁性电磁屏蔽粉末引入到水凝胶中，为水凝胶提供了较高的电导率，并且磁性电磁屏蔽粉末在保持介电常数的同时提高了阻抗匹配，同时增加了磁损耗，能够有效的反射与散射电磁波。在自修复亲肤水凝胶中，交联剂中的阳离子、磁性电磁屏蔽粉末中的磁性纳米颗粒与壳聚糖和有机单体中的羟基、羧基、氨基通过配位作用形成物理交联网络；此外，由于氧化石墨烯的表面含有大量羟基和羧基，能够更好稳定该物理交联网络，该物理交联网络是动态的，当电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶遭受破坏时，这个破坏的力作用于水凝胶，使得物理交联网络解离以耗散能量，破坏的力消失后，物理交联网络很快可以重新构成，所以，使得水凝胶具有自修复能力。不仅如此，物理交联网络建立后，水凝胶中构建了多孔导电网络，延长了电磁波的传播路径，有利于电磁波的多次反射，从而提高电磁屏蔽效能。这些特性可以保护电子器件免受外力和电磁干扰的破坏，并且该水凝胶能够与皮肤实现完美贴合，在智能机器人模拟皮肤、便携式设备等柔性电子设备领域具有广阔的应用前景。
实施例
一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、生物质碳粉末的制备：
(1)将干燥的竹荪置于管式炉中高温碳化，待降温冷却后取出研磨成粉末，得到固体粉末A；其中，高温碳化反应温度为300℃，反应时间为2h，反应在惰性气体保护下进行；
(2)将固体粉末A与氢氧化钾加入去离子水中，搅拌混合均匀，得到悬浮液，干燥，研磨，得到固体粉末B；悬浮液中，固体粉末A的浓度为0.3g/mL，活化剂的浓度为0.3g/mL；
(3)将步骤(2)得到的固体粉末B置于管式炉中高温热解，待降温冷却后取出，用1mol/L盐酸浸泡，清洗、干燥、研磨，得到所述的生物质碳粉末；其中，高温热解条件为：在惰性气体保护下，升温速率为5℃/min，反应温度为1000℃，反应时间为3h；
步骤2、生物质碳粉末的预处理：将1g步骤1得到的生物质碳粉末加入200mL浓度为12g/L的氯化亚锡溶液中进行敏化，3min后用去离子水过滤清洗；再加入200mL浓度为0.4g/L的氯化钯溶液中进行活化，3min后用去离子水过滤清洗；
步骤3、磁性电磁屏蔽粉末的制备：取1g步骤2预处理后的生物质碳粉末加入300mL化学镀液中进行化学镀，施镀时间为25min，施镀温度为75℃，然后过滤、干燥，得到磁性电磁屏蔽粉末；其中，所述化学镀液的成分为：3g硫酸镍、6g一水次亚磷酸钠、3g二水柠檬酸三钠、6g三水醋酸钠、5mL甲醛溶液；
步骤4、电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备：
(1)将聚乙二醇辛基苯基醚和步骤3得到的磁性电磁屏蔽粉末加入去离子水中，超声分散并用搅拌桨正反剧烈搅拌得到混合溶液C；其中，所述聚乙二醇辛基苯基醚与磁性电磁屏蔽粉末的质量比为1：3，磁性屏蔽材料的浓度为0.004g/mL；
(2)将质量分数为5wt％的十二烷基硫酸钠、质量分数为0.03wt％的甲基丙烯酸月桂酯、质量分数为0.05wt％的氧化石墨烯和质量分数为0.47wt％的壳聚糖加入到混合溶液C中，超声分散得到混合溶液D；
(3)将质量分数为0.67wt％的过硫酸钾、质量分数为20wt％的丙烯酸和质量分数为0.85wt％的三氯化铁加入到混合溶液D中，搅拌均匀得到混合溶液E；
(4)将混合溶液E转移到模具中，放入真空干燥箱中聚合，聚合温度为60℃，聚合时间为6h，完成后，即可得到所述电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶。
图1为本发明实施例的一种生物质碳粉末的SEM图，可以明显观察到该生物质碳粉末具有多孔结构。图2为本发明实施例的一种磁性电磁屏蔽粉末的SEM图，可以发现磁性纳米颗粒沉积在具有多孔结构的生物质碳粉末上。图3为本发明实施例的一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶原始状态(未受到损伤)和自修复1h后(受到损伤后自修复)的电磁屏蔽效能图，可以看出，在X波段，该电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶原始状态时最大电磁屏蔽效能为57dB；受到损伤后自修复1h，修复后的电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶最大电磁屏蔽效能为45dB。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、生物质碳粉末的制备：
(1)将干燥的竹荪置于管式炉中高温碳化，待降温冷却后取出研磨成粉末，得到固体粉末A；其中，高温碳化反应温度为250～350℃，反应时间为2～3h，反应在惰性气体保护下进行；
(2)将固体粉末A与活化剂加入溶剂中，搅拌混合均匀，得到悬浮液，干燥，研磨，得到固体粉末B；其中，所述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、二氧化锌或磷酸中的一种或几种；所述溶剂为去离子水、乙醇中的一种或两种；悬浮液中，固体粉末A的浓度为0.2～0.3g/mL，活化剂的浓度为0.2～0.9g/mL；
(3)将步骤(2)得到的固体粉末B置于管式炉中高温热解，待降温冷却后取出，用盐酸浸泡，清洗、干燥、研磨，得到所述的生物质碳粉末；其中，高温热解条件为：在惰性气体保护下，反应温度为600～1000℃，反应时间为3～5h；
步骤2、生物质碳粉末的预处理：将步骤1得到的生物质碳粉末加入浓度为11～18g/L的氯化亚锡溶液中进行敏化，2～3min后用去离子水过滤清洗；再加入浓度为0.4～0.8g/L的氯化钯溶液中进行活化，2～3min后用去离子水过滤清洗；
步骤3、磁性电磁屏蔽粉末的制备：将步骤2预处理后的生物质碳粉末加入化学镀液中进行化学镀，施镀时间为2～40min，施镀温度为60～75℃，然后过滤、干燥，得到磁性电磁屏蔽粉末；
步骤4、电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备：
(1)将分散剂和步骤3得到的磁性电磁屏蔽粉末加入去离子水中，超声，得到混合溶液C；其中，所述分散剂与磁性电磁屏蔽粉末的质量比为3：(1～10)，磁性电磁屏蔽材料的浓度为0.002～0.004g/mL；
(2)将质量分数为1～8wt％的表面活性剂、质量分数为0.02～0.05wt％的甲基丙烯酸月桂酯、质量分数为0.04～0.13wt％的氧化石墨烯和质量分数为0.2～0.6wt％的壳聚糖加入到混合溶液C中，超声，得到混合溶液D；
(3)将质量分数为0.1～1.5wt％的引发剂、质量分数为1～20wt％的有机单体和质量分数为0.1～0.9wt％的交联剂加入到混合溶液D中，搅拌均匀得到混合溶液E；
(4)将混合溶液E在真空干燥箱中聚合，聚合温度为50～70℃，聚合时间为4～8h，完成后，即可得到所述电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶。
2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2中，每1g生物质碳粉末加入100～200mL氯化亚锡溶液和100～200mL氯化钯溶液。
3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤3所述化学镀液的成分为：8～20g/L的主盐、12～22g/L的一水次亚磷酸钠、5～11g/L的二水柠檬酸三钠、12～25g/L的三水醋酸钠、15～25mL/L的甲醛溶液，所述主盐为硫酸镍、硫酸钴、三氯化铁中的一种。
4.根据权利要求1所述的电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤3中，每1g预处理后的生物质碳粉末加入200～400mL化学镀液中。
5.根据权利要求1所述的电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤4所述分散剂为聚乙二醇辛基苯基醚或十六烷基三甲基溴化铵。
6.根据权利要求1所述的电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤4中所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤4中所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾或硫酸铵，有机单体为丙烯酸、甲基丙烯酸甲酸或丙烯酰胺，交联剂为三氯化铁或氯化钙。
CN202110916832.8A 2021-08-11 2021-08-11 一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法 Active CN113501976B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110916832.8A CN113501976B (zh) 2021-08-11 2021-08-11 一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110916832.8A CN113501976B (zh) 2021-08-11 2021-08-11 一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113501976A true CN113501976A (zh) 2021-10-15
CN113501976B CN113501976B (zh) 2022-06-03

Family

ID=78015362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110916832.8A Active CN113501976B (zh) 2021-08-11 2021-08-11 一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113501976B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115160652A (zh) * 2022-07-29 2022-10-11 华南理工大学 一种磁性纳米纤维素-碳复合气凝胶及其制备方法和应用

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1401819A (zh) * 2002-09-23 2003-03-12 北京工业大学 无机粉体表面金属化的方法
WO2012042467A2 (en) * 2010-09-27 2012-04-05 Istituto Ortopedico Rizzoli A magnetic hybrid hydrogel
CN106119818A (zh) * 2016-08-30 2016-11-16 合肥乐凯科技产业有限公司 一种无机粉体表面化学镀的方法及其薄膜
CN109265728A (zh) * 2018-09-06 2019-01-25 哈尔滨工业大学 一种具有电磁屏蔽、吸波性能和吸声性能的多孔海绵制备方法
CN109320886A (zh) * 2018-09-29 2019-02-12 福建农林大学 一种高强度自修复紫外屏蔽导电pva水凝胶及其制备方法
CN109370142A (zh) * 2018-10-31 2019-02-22 西南石油大学 一种电磁响应自修复材料及其制备工艺
CN109592964A (zh) * 2018-12-01 2019-04-09 浙江大学 电磁屏蔽用弹性可控石墨烯气凝胶及其制备方法
CN109867801A (zh) * 2018-12-19 2019-06-11 深圳市第二人民医院 一种磁性纳米水凝胶的制备方法及其在软骨组织工程中的应用
CN109880266A (zh) * 2019-01-17 2019-06-14 中南林业科技大学 磁响应自修复智能水凝胶的制备方法
CN112919445A (zh) * 2021-01-12 2021-06-08 华南理工大学 一种木质素/还原氧化石墨烯碳气凝胶电磁屏蔽材料及其制备方法与应用

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1401819A (zh) * 2002-09-23 2003-03-12 北京工业大学 无机粉体表面金属化的方法
WO2012042467A2 (en) * 2010-09-27 2012-04-05 Istituto Ortopedico Rizzoli A magnetic hybrid hydrogel
CN106119818A (zh) * 2016-08-30 2016-11-16 合肥乐凯科技产业有限公司 一种无机粉体表面化学镀的方法及其薄膜
CN109265728A (zh) * 2018-09-06 2019-01-25 哈尔滨工业大学 一种具有电磁屏蔽、吸波性能和吸声性能的多孔海绵制备方法
CN109320886A (zh) * 2018-09-29 2019-02-12 福建农林大学 一种高强度自修复紫外屏蔽导电pva水凝胶及其制备方法
CN109370142A (zh) * 2018-10-31 2019-02-22 西南石油大学 一种电磁响应自修复材料及其制备工艺
CN109592964A (zh) * 2018-12-01 2019-04-09 浙江大学 电磁屏蔽用弹性可控石墨烯气凝胶及其制备方法
CN109867801A (zh) * 2018-12-19 2019-06-11 深圳市第二人民医院 一种磁性纳米水凝胶的制备方法及其在软骨组织工程中的应用
CN109880266A (zh) * 2019-01-17 2019-06-14 中南林业科技大学 磁响应自修复智能水凝胶的制备方法
CN112919445A (zh) * 2021-01-12 2021-06-08 华南理工大学 一种木质素/还原氧化石墨烯碳气凝胶电磁屏蔽材料及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
汪多仁: "《绿色净水处理剂》", 30 November 2006 *
陈施朋: "《生物质基碳气凝胶的制备及电磁屏蔽应用》", 《塑料工业》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115160652A (zh) * 2022-07-29 2022-10-11 华南理工大学 一种磁性纳米纤维素-碳复合气凝胶及其制备方法和应用
CN115160652B (zh) * 2022-07-29 2023-04-07 华南理工大学 一种磁性纳米纤维素-碳复合气凝胶及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN113501976B (zh) 2022-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111132533B (zh) 一种MXene/银纳米线复合电磁屏蔽膜
CN110117431B (zh) 一种MXene基电磁屏蔽涂层材料的制备方法
CN113501976B (zh) 一种电磁屏蔽自修复亲肤水凝胶的制备方法
CN111423539B (zh) 一种GO@DA/海藻酸钠/P(AAc-co-AAm)多功能水凝胶及其制备方法
US20210143321A1 (en) Piezoresistive sensor material and preparation method and use thereof
CN111592684B (zh) 隔离型热塑性弹性体复合微孔电磁屏蔽材料的制备方法
CN113079684B (zh) 三维石墨烯基复合材料的制备方法以及应用
Xu et al. Environment-friendly degradable zinc-ion battery based on guar gum-cellulose aerogel electrolyte
CN110722151A (zh) 一种金属纳米颗粒复合的银纳米线及其制备方法和应用
CN105367700A (zh) 强碱性三元复合的金属-石墨烯-离子交换树脂材料及其制备方法
CN113512215B (zh) 一种基于石墨烯基的柔性电磁波屏蔽薄膜及其制备方法
CN109728303B (zh) 一种适用于锂离子电池硅基负极材料的水性导电粘结剂及其制备方法
CN114685845B (zh) 一种导电拉胀开孔泡沫复合材料及其制备方法和应用
CN114656657B (zh) 一种高导电性、自愈合纳米复合有机水凝胶的制备方法
CN113831599B (zh) 一种磁电耦合型电磁屏蔽薄膜及制备方法和应用
CN111793435A (zh) Emi屏蔽优化涂层及制备方法
CN112768259B (zh) 一种MXene衍生物/金属纳米复合材料的制备方法及其应用
CN113999489A (zh) 一种抗高功率微波的屏蔽膜及其制备方法
CN109320871B (zh) 一种电磁屏蔽木塑复合材料及其制备方法
KR20190055648A (ko) GHz 대역의 전자파 차폐능을 가진 금속산화물/고분자 복합체 및 이를 이용하여 제조한 전자파 차폐재
CN111393639A (zh) 一种高效的吸波材料及其制备方法
CN113698639A (zh) 碳纳米管复合材料电磁屏蔽薄膜及其制备方法
CN109952013B (zh) 一种螺旋形电磁屏蔽材料及其制备方法
CN115216056B (zh) 一种具有仿生孔结构的水凝胶材料及其制备方法和应用
CN117320428B (zh) 一种结构可控型的超薄电磁吸波材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant