CN113597248B - 电磁屏蔽膜、织物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁屏蔽膜，其包括：依次层叠设置的电磁吸收层、间隔层和电磁反射层；其中，电磁吸收层和电磁反射层构成法布里‑珀罗谐振腔。本发明还公开了一种具有前述电磁屏蔽膜的织物及其制备方法。本发明提供的电磁屏蔽膜，柔性基底能够提供很好的抗弯折性能；通过电磁吸收层和电磁反射层的设置，具有较强电磁屏蔽功能；而且还具有防紫外线、抗菌、易清洗的优点，能够应用于绿色环保的多功能织物。

Description

电磁屏蔽膜、织物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电磁屏蔽材料，特别涉及一种电磁屏蔽膜及具有该电磁屏蔽膜的织物。

背景技术

传统织物着色主要通过印染工艺进行，利用化工染料实现着色。以丝绸染整加工为例，丝绸染整加工中的炼漂、染色、印花等工序都要在水溶液中进行，用水量相当大。一匹丝绸的精练要消耗约500公斤的水量。染整过程中所用水质的好坏，不仅影响丝绸成品的质量，而且水质不好，还增加染化料和化学品的消耗，增加成本。桑蚕丝织物极易吸附水中的色素和金属离子，这些将影响织物的白度、光泽，并容易产生白雾等疵点，染色后产生色斑，降低色牢度和鲜艳度，因此，丝织物精练对水质的要求较高。

鉴于传统化工印染技术中存在的上述问题，如何利用绿色环保的方式对织物进行二次加工已成为纺织染整行业中十分关注的问题。利用真空物理气相沉积方法，如磁控溅射，就是一种十分环保的着色方式。专利CN105603715公开了一种利用低折射率的SiO2薄膜和高折射率的TiO2薄膜交替周期设置而发生光的干涉，从而使着色织物呈现出颜色的方法。专利WO2019/242594公开了一种在基体表面制备含有Ti、Cr、Si和Ni中至少一种元素构成的粘着层和Al、Ti、Cu、Fe、Mo、Zn、Ag、Au和Mg中至少一种元素构成的生色层的技术方法，用于实现各类具有较好色牢度的基体着色。

由此可见，利用真空物理气相沉积方法对织物进行着色具有较高的可行性，然而，如何通过这种方法赋予织物更丰富的色彩和更卓越的功能是有待解决的问题。以织物的电磁防护为例，随着科技的进步，电磁波对人类及人类社会的危害越来越大。尤其是随着5G产业的高速发展，高频率零部件以及设备之间的电磁干扰问题越来越严重，电磁环境更加复杂，相关产品对屏蔽材料的电磁屏蔽的要求越来越高。因此，具有电磁屏蔽功能的织物，尤其是具有屏蔽高频电磁波功能的织物，具有重要的应用价值。

织物的电磁防护通常会采用金属丝与纱线交织、金属纤维与服用纤维交织、化学镀层与电镀层等方式，前两种交织方式所生产的织物较为厚重，而化学镀层与电镀层方式也并不符合绿色环保的发展要求。专利CN201310716918.1公开了一种利用磁控溅射技术将纳米Ag、Cu和TiO2颗粒沉积至织物表面，电磁屏蔽效能达到28dB左右，可屏蔽99％左右的电磁波，可以满足一般使用，但对于强电磁防护，特别是需要屏蔽效能达到50dB以上的应用场景尚难以达到要求。专利CN1970882公开了一种屏蔽电磁波的织物制备方法，通过在织物上溅射金属铝、银、铁、镍、铬、金、铂或镁中的一种或几种，实现对68-300MHz范围的电磁波达到96-98％的屏蔽率，屏蔽的效果还有待于提升。

综上所述，开发绿色环保的彩色织物，同时赋予其多种功能，包括强电磁辐射防护、防紫外线、抗菌、易清洗等，具有重要的意义

发明内容

本发明的目的在于提供一种有较强电磁屏蔽功能的电磁屏蔽膜及织物。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种电磁屏蔽膜，设置于柔性基体上，所述电磁屏蔽膜包括：依次层叠设置的电磁吸收层、间隔层和电磁反射层；其中，所述电磁吸收层和电磁反射层构成法布里-珀罗谐振腔。

在本发明一个或多个实施方式中，所述电磁反射层的组成材料包括铬、钛、银、铝、铜、铬合金、钛合金、银合金、铝合金和铜合金中的一种或多种。

在本发明一个或多个实施方式中，所述电磁反射层的厚度介于10～2000nm之间。

在本发明一个或多个实施方式中，所述间隔层为半导体层、聚合物层和有机胶层中的一种或多种的组合，且所述间隔层的厚度介于10um-0.5mm之间；所述半导体包括氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化钛、三氧化钨、氧化铟锡、氧化锌铝和氧化锌镓中的一种或多种的组合。

在本发明一个或多个实施方式中，所述电磁吸收层的组成材料包括碳材料、银纳米线、镍、钴、锌、铋、镍合金、钴合金、锌合金、铋合金中的一种或多种。

在本发明一个或多个实施方式中，所述电磁吸收层的厚度介于10～2000nm之间。

在本发明一个或多个实施方式中，所述电磁屏蔽膜还包括依次层叠设置于所述电磁反射层背离所述间隔层的一面上的色彩层、耐磨层和疏水疏油层。

在本发明一个或多个实施方式中，所述耐磨层的组成材料包括TiN_x、TiC_x、TiO_x、SiO_x、CuO_x、ZnO和ZrO₂中的一种或多种，其中x为正数；所述疏水疏油层的组成材料包括疏水疏油聚合物和疏水疏油有机硅烷中的一种或多种。

在本发明一个或多个实施方式中，所述电磁屏蔽膜还包括粘结层，所述粘结层设于所述电磁吸收层背离所述间隔层的一面上。

本发明还提供了一种织物，其包括：柔性基体，所述柔性基体的一面上设有粘结层；以及电磁屏蔽膜，所述电磁屏蔽膜包括依次层叠设置于所述粘接层上的电磁吸收层、间隔层和电磁反射层；其中，所述电磁吸收层、间隔层以及电磁反射层相配合，以使得所述织物的电磁屏蔽效能至少为50dB。

在本发明一个或多个实施方式中，所述柔性基体为纤维织物、棉麻织物、毛皮中的至少一种，且所述织物还包括依次层叠设置于所述电磁反射层背离所述间隔层的一面上的色彩层、耐磨层和疏水疏油层。

本发明还提供了一种织物的制备方法，其包括：提供一柔性基体；在所述柔性基体的一面上沉积粘结层；在所述粘结层上沉积电磁吸收层；在所述电磁吸收层上设置间隔层；以及在所述间隔层上沉积电磁反射层；其中，所述电磁吸收层、间隔层以及电磁反射层相配合，以使得所述织物的电磁屏蔽效能至少为50dB。

与现有技术相比，本发明提供的电磁屏蔽膜，通过电磁吸收层和电磁反射层的设置，具有很强电磁屏蔽功能，电磁屏蔽效能至少达到50dB；具有电磁屏蔽膜的织物，由于基底选择柔性基体，具有良好的抗弯折性能；织物还具有防紫外线、抗菌、易清洗的优点，能够应用于绿色环保的多功能织物。

附图说明

图1是本发明一实施方式中电磁屏蔽膜的结构示意图；

图2是本发明一实施方式中织物的结构示意图

图3是本发明实施例1中制得的织物的电磁屏蔽效能图；

图4本发明实施例1中制得的织物的水接触角测试图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素；术语“优选”指的是较优的选择方案，但不只限于所选方案。

请参照图1所示，本发明一实施方式中的电磁屏蔽膜，其包括：依次层叠设置的电磁吸收层22、间隔层23和电磁反射层24；其中，电磁吸收层22和电磁反射层24构成法布里-珀罗谐振腔。

法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)谐振腔是一种基本的光学器件，其基本结构通常由两片具有高反射率的平行平板构成。法布里-珀罗谐振腔应用非常广泛，它可使光束在激光器工作物质内振荡，用于大功率的脉冲激光输出，还可以用来测量长度、频率/波长或过滤特定的空间模式。

而本发明中的电磁反射层24对电磁波具有较高的反射率，电磁吸收层22为具有铁磁性的单质或化合物，同时具有一定电导率，对电磁波也就有一定反射作用，因此，电磁吸收层22可以与电磁反射层24构成平行平板结构。当两者间距离(具体表现为间隔层23厚度)与电磁波波长可比拟时，如毫米量级时，则有可能发生法布里-珀罗谐振。通过谐振使得电磁波在电磁屏蔽膜中多次反射，可以降低电磁波从电磁屏蔽膜中穿透的几率，从而提高电磁屏蔽膜的电磁屏蔽效能，实现高性能的电磁屏蔽。

一示例性的实施例中，电磁反射层24的组成材料包括铬、钛、银、铝、铜以及它们的合金中的一种或多种。电磁反射层24的厚度介于10～2000nm之间；例如，厚度可以是10nm、10.5nm、100nm、200nm、500nm、1000nm、2000nm等。

一示例性的实施例中，电磁吸收层22的组成材料包括碳材料、银纳米线、镍、钴、锌、铋、镍合金、钴合金、锌合金、铋合金中的一种或多种。电磁吸收层22的厚度介于10～2000nm之间；例如，厚度可以是10nm、10.5nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm、1000nm、2000nm等。其中，碳材料包括石墨、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种。

一示例性的实施例中，间隔层23为半导体层、聚合物层和有机胶层中的一种或多种的组合。其中，半导体由金属氧化物组成，金属氧化物可以是氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化钛、三氧化钨、氧化铟锡、氧化锌铝和氧化锌镓中的一种或多种，其导电性能远小于电磁吸收层22和电磁反射层24，可作为电磁吸收层22和电磁反射层24之间的绝缘层。聚合物可以是聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚碳酯(PC)等。有机胶可以是光学胶(Optically Clear Adhesive，OCA)、沥青、树脂、橡胶等。

一示例性的实施例中，为了使电磁吸收层22和电磁反射层24形成法布里-珀罗谐振腔，间隔层23的厚度被设置成介于10nm～5mm之间，具体厚度可以根据期望获得的电磁屏蔽效能来选择。当间隔层的厚度刚好满足法布里-珀罗谐振腔谐振条件时对应于电磁波透射的极大值，即电磁屏蔽效能的最小值。因此，通常希望间隔层厚度小于其谐振厚度。举例而言，假设间隔层厚度为2mm时，通常会在28GHz附近处出现屏蔽效能极小值。如目标屏蔽波段中包含28GHz这一频率，为了避免在此出现极小值，则会选择间隔层厚度小于2mm。

一示例性的实施例中，电磁屏蔽膜还包括依次层叠设置于电磁反射层24背离间隔层23的一面上的色彩层25、耐磨层26和疏水疏油层27。其中，色彩层25的组成材料包括Si、Ge、CuO_x中的一种或多种，其中x为正数。耐磨层26的组成材料包括TiN_x、TiC_x、TiO_x、SiO_x、CuO_x、ZnO和ZrO₂中的一种或多种，其中x为正数。疏水疏油层27的组成材料包括疏水疏油聚合物和疏水疏油有机硅烷中的一种或多种。

一示例性的实施例中，疏水疏油聚合物可以是含氟、甲基、苯基等疏水基团的聚合物；例如，可以是聚四氟乙烯、氟化聚氨酯、氟化聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯等。疏水疏油有机硅烷可以是甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、甲基三甲氧基(乙氧基)硅烷、二甲基二甲氧基(乙氧基)硅烷、三甲基甲氧基(乙氧基)硅烷、苯基三甲氧基(乙氧基)硅烷、全氟辛基三氯硅烷、全氟辛基三甲氧基(乙氧基)硅烷等。

一示例性的实施例中，电磁屏蔽膜还包括粘结层21，该粘结层21设于电磁吸收层22背离间隔层23的一面上。粘结层21的设置能够使电磁屏蔽膜与其他基材紧密结合，以形成具有电磁屏蔽功能的复合材料。粘结层21的组成材料可以是CuO_x、TiO_x、AgO_x、ZnO、ITO、聚四氟乙烯等，其中x为正数。

本发明提供的电磁屏蔽膜，通过电磁吸收层22与电磁反射层24的同时采用，相对于仅依赖于电导或磁导的屏蔽方式具有更高的可靠性，在弯折和水洗后屏蔽效能的衰减相对更小；在电磁反射层24表面制备色彩层25可降低色彩层25厚度，提供更好的耐弯折特性，这是由于电磁反射层24通常为金属材质，可以提供极大的反射相位改变量，光在间隔层23和色彩层25的干涉将形成更为丰富的色彩，以增加可供选择的色彩种类；而且低厚度的色彩层25对电磁反射层24不会构成明显影响，其反射紫外线及金属离子的抗菌特性不易丢失，因而除了具有良好的电磁屏蔽特性之外，同时还可被赋予抗紫外和抗菌特性。

本发明还提供了一种织物，其包括：柔性基体和电磁屏蔽膜。其中，柔性基体的一面上设有粘结层；电磁屏蔽膜包括依次层叠设置于所述粘接层上的电磁吸收层、间隔层和电磁反射层；电磁吸收层、间隔层以及电磁反射层相配合，以使得织物的电磁屏蔽效能至少为50dB。

一示例性的实施例中，柔性基体为纤维织物、棉麻织物、毛皮中的一种或多种的组合。纤维织物可以是人造棉、人造毛、人造丝、虎木棉、富强棉等人造纤维，还可以是涤纶、锦纶、睛纶、维纶、丙纶，氯纶等合成纤维。

请参照图2所示，本发明一实施例中的织物，其包括作为柔性基体的布基10和如前所述的电磁屏蔽膜；其中，电磁屏蔽膜通过粘结层21结合于布基10上，并且电磁屏蔽膜的各个层通过沉积的方式形成。沉积的方式可以是磁控溅射、电子束蒸发、蒸镀、电镀法等。

本发明还提供了一种前述织物的制备方法，具体包括：提供一柔性基体；在该柔性基体的一面上沉积粘结层；在粘结层上沉积电磁吸收层；在电磁吸收层上设置间隔层；以及在间隔层上沉积电磁反射层。其中，电磁吸收层、间隔层以及电磁反射层相配合，以使得织物的电磁屏蔽效能大于等于50dB。

一示例性的实施例中，织物通过以下方法形成：对布基10进行清洗及干燥处理；依次在布基10上沉积粘结层21、电磁吸收层22、间隔层23、电磁反射层24、色彩层25、耐磨层26和疏水疏油层27。

下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

对棉布与PU(聚氨酯)的复合而成的布基进行清洗并干燥；然后在该布基的一面上采用磁控溅射方法沉积一层厚度为50nm的聚四氟乙烯作为粘结层，在粘结层上磁控溅射沉积一层厚度为50nm镍层作为电磁吸收层，在电磁吸收层上磁控溅射沉积一层厚度为50nm的聚四氟乙烯作为间隔层，在间隔层上磁控溅射一层厚度为100nm的Ag作为电磁反射层，在电磁反射层上磁控溅射一层厚度为15nm的Ge层作为色彩层，在色彩层上磁控溅射一层厚度为5nm的TiN_x作为耐磨层，最后在耐磨层上磁控溅射一层厚度为5nm的氟化聚丙烯酸酯作为疏水疏油层；获得浅蓝色织物。

本实施例中的制得的织物，在1-26GHz波段范围内屏蔽效能为50dB(如图3所示)，样品洗涤50次后对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑菌率为99％(如下表所示)，水滴接触角为102度(如图4所示)。

实施例2

对尼龙与PU(聚氨酯)的复合而成的布基进行清洗并干燥；然后在该布基的一面上采用磁控溅射方法沉积一层厚度为50nm的ITO(氧化铟锡)作为粘结层，在粘结层上电镀一层厚度为1000nm镍层作为电磁吸收层，在电磁吸收层上磁控溅射沉积一层厚度为100nm的氧化铝作为间隔层，在间隔层上磁控溅射一层厚度为500nm的Al作为电磁反射层，在电磁反射层上磁控溅射一层厚度为30nm的CuO_x层作为色彩层，在色彩层上磁控溅射一层厚度为5nm的TiC_x作为耐磨层，最后在耐磨层上磁控溅射一层厚度为5nm的甲基三氯硅烷作为疏水疏油层；获得黄色织物。

本实施例中的制得的织物，屏蔽效能为60dB，对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑菌率为99％，水滴接触角为105度。

实施例3

对涤纶布基进行清洗并干燥；然后在该布基的一面上采用磁控溅射方法沉积一层厚度为20nm的AgO_x作为粘结层，在粘结层上涂布一层厚度为1000nm银纳米线作为电磁吸收层，在电磁吸收层上粘贴一层厚度为0.2mm的OCA光学胶作为间隔层，在间隔层上磁控溅射一层厚度为50nm的Ag作为电磁反射层，在电磁反射层上磁控溅射一层厚度为20nm的Si层作为色彩层，在色彩层上磁控溅射一层厚度为10nm的SiO_x作为耐磨层，最后在耐磨层上磁控溅射一层厚度为10nm的聚二甲基硅氧烷作为疏水疏油层；获得紫色织物。

本实施例中的制得的织物，屏蔽效能为65dB，对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑菌率为99％，水滴接触角为105度。

实施例4

对无纺布布基进行清洗并干燥；然后在该布基的一面上采用磁控溅射方法沉积一层厚度为50nm的ZnO作为粘结层，在粘结层上用转移的方法制备多层石墨烯形成厚度为10nm电磁吸收层，在电磁吸收层上涂布一层厚度为500nm的ZnO作为间隔层，在间隔层上采用热蒸发的方式形成一层厚度为1000nm的Cu作为电磁反射层，在电磁反射层上磁控溅射一层厚度为10nm的Si层作为色彩层，在色彩层上磁控溅射一层厚度为10nm的CuO_x作为耐磨层，最后在耐磨层上磁控溅射一层厚度为10nm的聚四氟乙烯作为疏水疏油层；获得品红色织物。

本实施例中的制得的织物，屏蔽效能为70dB，对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑菌率为99％，水滴接触角为109度。

综上所述，本发明提供的电磁屏蔽膜，通过电磁吸收层和电磁反射层的设置，具有很强电磁屏蔽功能，能够有效的防护电磁辐射；而且还具有防紫外线、抗菌、易清洗的优点，能够广泛应用于绿色环保的多功能织物开发上。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种电磁屏蔽膜，其特征在于，设置于柔性基体上，所述电磁屏蔽膜包括：依次层叠设置的电磁吸收层、间隔层和电磁反射层；

其中，所述电磁吸收层和电磁反射层构成法布里-珀罗谐振腔。

2.如权利要求1所述的电磁屏蔽膜，其特征在于，所述电磁反射层的组成材料包括铬、钛、银、铝、铜、铬合金、钛合金、银合金、铝合金和铜合金中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的电磁屏蔽膜，其特征在于，所述电磁反射层的厚度介于10～2000nm之间。

4.如权利要求1所述的电磁屏蔽膜，其特征在于，所述间隔层为半导体层、聚合物层和有机胶层中的一种或多种的组合，且所述间隔层的厚度介于10um-0.5mm之间。

5.如权利要求1所述的电磁屏蔽膜，其特征在于，所述电磁吸收层的组成材料包括碳材料、银纳米线、镍、钴、锌、铋、镍合金、钴合金、锌合金、铋合金中的一种或多种。

6.如权利要求5所述的电磁屏蔽膜，其特征在于，所述电磁吸收层的厚度介于10～2000nm之间。

7.如权利要求1所述的电磁屏蔽膜，其特征在于，所述电磁屏蔽膜还包括依次层叠设置于所述电磁反射层背离所述间隔层的一面上的色彩层、耐磨层和疏水疏油层。

8.一种织物，其特征在于，包括：

柔性基体，所述柔性基体的一面上设有粘结层；以及

电磁屏蔽膜，所述电磁屏蔽膜包括依次层叠设置于所述粘接层上的电磁吸收层、间隔层和电磁反射层；

其中，所述电磁吸收层和电磁反射层构成法布里-珀罗谐振腔，所述电磁吸收层、间隔层以及电磁反射层相配合，以使得所述织物的电磁屏蔽效能至少为50dB。

9.如权利要求8所述的织物，其特征在于，所述柔性基体为纤维织物、棉麻织物、毛皮中的至少一种，且所述织物还包括依次层叠设置于所述电磁反射层背离所述间隔层的一面上的色彩层、耐磨层和疏水疏油层。

10.一种织物的制备方法，其特征在于，包括：

提供一柔性基体；

在所述柔性基体的一面上沉积粘结层；

在所述粘结层上沉积电磁吸收层；

在所述电磁吸收层上设置间隔层；以及

在所述间隔层上沉积电磁反射层；

其中，所述电磁吸收层和电磁反射层构成法布里-珀罗谐振腔，所述电磁吸收层、间隔层以及电磁反射层相配合，以使得所述织物的电磁屏蔽效能至少为50dB。

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