CN114267960B - 具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例公开了一种具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料及制备方法。所述复合材料包括：屏蔽层，由MgO@Co‑NiFe2O4异质结复合材料加入基料经固化得到；与所述屏蔽层复合的吸波层，由γ‑Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球加入基料经固化得到；任选地，位于所述吸波层与所述屏蔽层之间的骨料层；任选地，与所述吸波层复合的透波层，由氮化硼纤维加入基料经固化得到；以及任选地，位于所述透波层与所述吸波层之间的骨料层；其中，所述骨料层由碳纳米管纤维加入基料经固化得到。
Description
技术领域
本公开涉及功能复合材料技术领域，具体涉及一种具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料及制备方法。
背景技术
近年来，随着科学技术和电子工业的高速发展、5G网络建设不断完善、物联网车联网及AR/VR等新应用的兴起和发展，各种数字化、高频化的电子电器设备在工作时向空间辐射了大量不同波长和频率的电磁波，从而导致了通讯设备、计算机、手机终端、汽车电子、家用电器、国防军工等受到不同程度的电磁波干扰和射频或无线电干扰。与此同时，电子元器件也正向着小型化、轻量化、数字化和高密度集成化方向发展，灵敏度越来越高，很容易受到外界电磁干扰而出现误动、图像障碍以及声音障碍等。此外，电子器件电子化、智能化升级，使得电子设备系统功耗增加，单位体积产生的热量持续上升，高温使得大多数电子元器件性能改变甚至失效，引起整个电子设备的故障，从而影响电子设备工作的高效性和稳定性。显然，电子设备由于电子化、智能化升级而产生的热辐射和电磁波不仅影响到了电子产品的性能实现，同时也受到了严重的电磁干扰、电磁信息泄露、辐射噪音等一系列问题，而且也对人类的健康和环境造成了严重的危害。目前单一的散热材料和屏蔽材料已不能满足目前电子设备对散热及电磁波屏蔽系统的多重性能应用的需求，所以迫切需要探索一种导热并能吸收和屏蔽电磁波干扰的复合材料，这也是进一步提高复合材料的热转换和电磁兼容性实现多种性能未来研究和发展的方向。
吸波材料和电磁屏蔽材料是目前防护电磁污染的两种有效手段，而吸波材料可有效吸收并衰减电磁波，是解决电磁污染的最佳途径。目前一般的吸波材料及电磁屏蔽材料难以满足“薄、轻、软、宽、强”的综合要求，因此近几年来广泛开展了兼具磁损耗与介电损耗复合材料的研究，有望获得密度低、质地柔软、吸收强和宽频带的效果。电磁吸波材料可以将入射电磁波转换成热能或其他形式能量进行消散，从而减少电磁波辐射的危害，而导热和吸波材料的组合，不仅能起到吸收电磁波的优良性能，而且也有利于热能的消散，具有优良吸波性能及导热性能且适用于特定场合的多孔材料引起了广泛的关注。
发明内容
为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料及制备方法。另外，本公开实施例还提供一种包含上述复合材料的电子设备。
第一方面，本公开实施例中提供了一种具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料。
具体地，所述具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料，包括：
屏蔽层，由MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料加入基料经固化得到；
与所述屏蔽层复合的吸波层，由γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球加入基料经固化得到；
任选地，位于所述吸波层与所述屏蔽层之间的骨料层；
任选地，与所述吸波层复合的透波层，由氮化硼纤维加入基料经固化得到；以及
任选地，位于所述透波层与所述吸波层之间的骨料层；
其中，所述骨料层由碳纳米管纤维加入基料经固化得到。
可选地，所述屏蔽层位于中间，所述吸波层位于所述屏蔽层的两侧；以及任选地，所述吸波层的外侧复合所述透波层。
可选地，所述屏蔽层的厚度为0.1～1mm；和/或所述吸波层的厚度为0.25～2.0mm；和/或所述透波层的厚度为0.1～0.7mm；和/或所述骨料层的厚度为0.01～0.05mm。
可选地，所述屏蔽层、吸波层、骨料层、透波层的原料包括：有机硅基料、助剂和催化剂；
其中，所述助剂选自补强剂、偶联剂及抑制剂中的一种或几种；所述补强剂为硅树脂或者酚醛树脂；所述偶联剂选自硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、有机铬洛合物、硼化物、磷酸酯、锆酸酯、锡酸酯类中的一种或者几种；所述抑制剂选择炔醇类或马来酸酯类中的一种或者两种；所述催化剂为卡斯特催化剂，Pt含量为1000～5000ppm。
可选地，所述MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料采用以下方法制备：
步骤1：将20g的微米级管状MgO加入100mL新鲜配置的Piranha溶液(双氧水与硫酸的体积比＝1：3)中，超声加搅拌30～60min，静置、离心、洗涤、干燥得到表面粗糙和表面呈负电荷的管状MgO纳米线粉体；
步骤2：将4g管状MgO纳米线粉体加入60mL去离子水中超声分散30分钟，之后加入0.05～0.15mmol十二烷基苯磺酸钠并搅拌至完全溶解，直至溶液的Zeta电位在-45～-35mV，得到悬浮溶液；
步骤3：将Co(NO3)2、Ni(NO3)2、Fe(NO3)3按照摩尔比1：1：2分别取1.83g、1.83g、4.84g溶于60mL去离子水中搅拌至完全溶解，加入0.05mol的木质素磺酸钠搅拌至完全溶解，调节pH至4～5并搅拌30～60min，得到Co2+-Ni2+-Fe3+混合硝酸盐溶胶溶液；
步骤4：将步骤2制得的Co2+-Ni2+-Fe3+混合硝酸盐溶胶溶液缓慢的注入到步骤1制得的悬浮溶液中，搅拌反应1h后，在100～200℃保温6～8h，自然冷却至室温，将得到的产物用磁铁收集，经洗涤、干燥、煅烧后得到MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料。
在本公开方式中，步骤1中，洗涤可以先用去离子水洗至pH值为中性，再乙醇洗2次；干燥条件为60℃烘箱干燥12h。
在本公开方式中，微米级管状MgO粒径大小为1～2μm。
在本公开方式中，在本公开方式中，步骤2中，为防止金属离子沉淀，可以在Co2+-Ni2+-Fe3+混合硝酸盐溶胶溶液中加入0.5mol十二烷基三甲基溴化铵，并搅拌至完全溶解。
在本公开方式中，步骤4中，洗涤可以先用去离子水洗至pH值为中性，再乙醇洗2次；干燥条件为80℃烘箱干燥16h。
在本公开方式中，步骤4中，煅烧在马弗炉中进行，升温速度5～10℃/min，温度600～1200℃，保温时间5～8h，得到MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料。
可选地，所述屏蔽层采用以下方法制备：
以重量份计，将1000～3000份MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料、160～200份乙烯基硅油、4.8～6份含氢硅油、5～15份硅烷类偶联剂、0.7～1.2份抑制剂、1～3份补强剂和0.6～1份催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到导热屏蔽复合材料浆料，然后在110～130℃下加热10-20分钟固化，得到屏蔽层。
在本公开方式中，在真空条件下搅拌速度可以先用30rpm转速搅拌80～100min，再用60rpm转速搅拌70～90min；静置真空排泡时间60～90min。
可选地，所述γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球采用以下方法制备：
步骤1：采用Piranha洗液法对多孔γ-Al2O3微球进行羟基化处理。将10～20g的多孔γ-Al2O3微球加入500mL新鲜配置的Piranha溶液(双氧水和浓硫酸体积比＝1：3)中，超声加搅拌30～60min，静置、离心、洗涤、干燥得到表面富含羟基基团的多孔γ-Al2O3微球；
步骤2：将(NH4)2MoO4或者Na2MoO4·2H2O与CS(NH2)2按照摩尔比3：5(3.96g(6.18g)与7.6g)溶于60～80mL的去离子水中，搅拌至完全溶解。取4g处理好的多孔γ-Al2O3微球加入上述混合溶液中，超声加搅拌30min至粉体均匀分散。然后将上述混合溶液中加入0.05～0.15mmol的聚乙烯吡咯烷酮并搅拌至完全溶解，继续搅拌反应1h后，将混合均匀的溶液放入聚四氟乙烯水热釜中，在220～260℃保温24～36h，自然冷却至室温、离心、洗涤、干燥得到花状γ-Al2O3@MoS2微球；
步骤3：将花状γ-Al2O3@MoS2微球与去离子水配置40mL浓度为400～550ppm的混合溶液，超声搅拌至花状γ-Al2O3@MoS2微球分散均匀，并测试其Zeta电位值，将0.05～0.1mmol的十二烷基苯磺酸钠加入上述混合溶液中搅拌至完全溶解，直至溶液的Zeta电位在-45～-35mV，得到溶胶溶液；
步骤4：将0.5mol的Fe(NO3)3溶于60mL的去离子水和乙醇的混合溶液(去离子水和乙醇的体积比2：1)中，搅拌30～60min至完全溶解，将0.05～0.15mmol的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵加入上述混合溶液中搅拌至完全溶解，得到Fe3+/Fe2+前驱体溶胶溶液；
步骤5：将步骤4制得的Fe3+/Fe2+前驱体溶胶溶液缓慢滴加到步骤3制得的溶胶溶液中，并不断的搅拌混合均匀，加入氨水调节pH值至10～12，并搅拌反应1h，将混合均匀的溶液放入聚四氟乙烯水热釜中，然后在180～200℃保温12h，自然冷却至室温后，用永久性磁铁收集粉体，洗涤、干燥后得到花状γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球。
在本公开方式中，步骤1中，多孔γ-Al2O3微球粒径大小为100～500nm。
在本公开方式中，步骤1、步骤2以及步骤5中，洗涤可以先用去离子水洗至pH值为中性，再乙醇洗2次；干燥条件为80℃烘箱干燥15～16h。
可选地，所述吸波层采用如下方法制备：
以重量份计，将1000～3000份γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球、160～200份乙烯基硅油、4.8～6份含氢硅油、5～15份硅烷类偶联剂、0.7～1.2份抑制剂、1～3份补强剂和0.6～1份催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到导热吸波复合材料浆料，然后在90～110℃下加热10-20分钟固化，得到吸波层。
在本公开方式中，在真空条件下搅拌速度可以先用30rpm转速搅拌80～100min，再用60rpm转速搅拌70～90min；静置真空排泡时间60～90min。
可选地，所述透波层采用如下方法制备：
以重量份计，将1000～3000份纳米级氮化硼纤维、160～200份乙烯基硅油、4.8～6份含氢硅油、5～15份硅烷类偶联剂、0.7～1.2份抑制剂、1～3份补强剂和0.6～1份催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到导热透波复合材料浆料，然后在90～110℃下加热10-20分钟固化，得到透波层。
在本公开方式中，在真空条件下搅拌速度可以先用30rpm转速搅拌80～100min，再用60rpm转速搅拌70～90min；静置真空排泡时间60～90min。
在本公开方式中，纳米级氮化硼纤维粒径大小为10～500nm。
可选地，所述骨料层采用如下方法制备：
以重量份计，将1000～3000份碳纳米管纤维、160～200份乙烯基硅油、4.8～6份含氢硅油、5～15份硅烷类偶联剂、0.7～1.2份抑制剂、1～3份补强剂和0.6～1份催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到骨料层复合材料浆料，然后在90～110℃下加热10-20分钟固化，得到骨料层。
在本公开方式中，在真空条件下搅拌速度可以先用30rpm转速搅拌80～100min，再用60rpm转速搅拌70～90min；静置真空排泡时间60～90min。
在本公开方式中，碳纳米管纤维粒径大小为400～900nm。
可选地，乙烯基硅油粘度选择为100～2000mPa·s；含氢硅油选择侧含氢硅油、端含氢硅油或者二者的混合。
第二方面，本公开实施例中提供了一种具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料的制备方法。
具体地，所述具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料、有机硅基料、助剂、催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到骨料层复合材料浆料，然后将导热屏蔽层复合浆料置于硅系或者氟素离型膜上，并在上方覆盖于硅系或者氟素离型膜，调节双辊压延机厚度至0.1～1mm，得到导热屏蔽复合材料膜，之后在110～130℃下加热10-20分钟固化，之后降至室温后进行模切，得到屏蔽层；
任选地，步骤2：将碳纳米管纤维、有机硅基料、助剂、催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到骨料层复合材料浆料，然后将骨料层复合材料浆料置于在线喷射式点胶机内喷涂于步骤1得到的屏蔽层的上表面和/或下表面，厚度为0.01～0.05mm，之后在90～110℃下加热10-20分钟固化，并降至室温后进行脱模，从而在屏蔽层上复合骨料层；
步骤3：将γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球、有机硅基料、助剂、催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到导热吸波复合材料浆料，然后将限厚框置于步骤1制得的屏蔽层或者步骤2制得的骨料层上，将导热吸波层复合材料浆料均匀涂抹于限厚框内，浆料与限厚框平行，厚度为0.25～2.0mm，并在90～110℃下加热10-20分钟固化，之后降至室温后进行脱模，从而在屏蔽层或者骨料层上复合吸波层；
任选地，步骤4：将碳纳米管纤维、有机硅基料、助剂、催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到骨料层复合材料浆料，然后将骨料层复合材料浆料置于在线喷射式点胶机内喷涂于步骤3得到的吸波层的上表面和/或下表面，厚度为0.01～0.05mm，之后在90～110℃下加热10-20分钟固化，并降至室温后进行脱模，从而在吸波层上复合骨料层；
任选地，步骤5：将氮化硼纤维、有机硅基料、助剂、催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到导热透波层复合材料浆料，然后将限厚框置于步骤3制得的吸波层或者步骤4制得的骨料层上，将导热透波层复合材料浆料均匀涂抹于限厚框内，浆料与限厚框平行，厚度为0.1～0.7mm，并在90～110℃下加热10-20分钟固化，之后降至室温后进行脱模，从而在吸波层或者骨料层上复合透波层。
在本公开方式中，步骤2中，在线喷射式点胶机电压：220V，60Hz；最小气压为0.6～0.8MPa；基板厚度为0.005～6mm。
在本公开方式中，步骤3中，限厚框的厚度为0.005～2mm，材质为金属或者陶瓷。
第三方面，本公开实施例提供了一种电子设备，包括第一方面任一项所述的复合材料。
本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开实施例提供的具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料，外层为吸波层，中间为屏蔽层，其设计的目的是为防止外界或器件内部的电磁波通过吸波层发生透射或反射一部分电磁波而造成的二次干扰，促进电磁波更好的被吸收。吸波层加入的γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球呈花状结构，通过优化阻抗匹配来提高电磁波的吸收率和衰减率，同时花状的异质结结构也为散热提供了良好的通道，而屏蔽层加入的MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料，Co-NiFe2O4磁球沿着MgO管线轴向均匀分布，在外层磁损耗和内部轴向导热的协同作用下，MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料同时表现出优异的导热性能和电磁波屏蔽性能。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
图1示出根据本公开一实施例的具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料的结构示意图；
图2示出根据本公开另一实施例的具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料的结构示意图；
图3示出根据本公开又一实施例的具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但可以理解的是，这些具体实例将不以任何方式限制本发明的范围。需要说明的是，如无特别提及，在下述实施例中使用的原料均为市售商品。
实施例1
导热屏蔽复合材料浆料制备：
将1000份MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料、160份乙烯基硅油、4.8份端含氢硅油、5份硅烷类偶联剂、0.7份抑制剂、1份补强剂和0.6份催化剂在常温真空条件下搅拌均匀并除泡，先用30rpm转速搅拌80min，再用60rpm转速搅拌70min，静置真空排泡时间60min，得到导热屏蔽复合材料浆料。
导热吸波复合材料浆料制备：
将1000份γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球、160份乙烯基硅油、4.8份端含氢硅油、5份硅烷类偶联剂、0.7份抑制剂、1份补强剂和0.6份催化剂在常温真空条件下搅拌均匀并除泡，先用30rpm转速搅拌80min，再用60rpm转速搅拌70min，静置真空排泡时间60min，得到导热吸波复合材料浆料。
其中，上述硅烷类偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酰氧基硅烷类偶联剂一种或者两种；抑制剂为炔醇类或马来酸酯类中的一种或者两种。补强剂为硅树脂或者酚醛树脂、催化剂为卡斯特催化剂，Pt含量为1000～5000ppm。
具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料制备：
步骤1：将导热屏蔽层复合浆料置于挤压成型设备中，然后将浆料挤出后置于硅系或者氟素离型膜上，并在上方覆盖于硅系或者氟素离型膜，调节双辊压延机厚度至0.2mm，得到导热屏蔽复合材料膜；
步骤2：将步骤1中的导热屏蔽复合材料膜放置加热室加热固化，温度设置为120℃，加热时间为15min。加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温，降温后按尺寸进行模切，得到屏蔽层1；
步骤3：将厚度0.45mm的金属或陶瓷限厚框分别置于步骤2中屏蔽层1两侧，将导热吸波层复合材料浆料均匀涂抹于限厚框内，浆料与限厚框平行，厚度为0.45mm，放置加热室加热固化，温度设置为100℃，加热时间为15min，加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温脱模，得到[吸波层3+屏蔽层1+吸波层3]复合的有机硅多层复合垫片，即具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料，如图1所示。
在ASTM-D5470的标准下采取热流法对有机硅多层复合垫片的导热性能进行测试，并在矢量网络分析仪上测定样品2～18GHz频率范围内的电磁参数，测试结果如表1所示。
实施例2
导热屏蔽复合材料浆料制备：
将1200份MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料、160份乙烯基硅油、4.8份端含氢硅油、5份硅烷类偶联剂、0.7份抑制剂、1份补强剂和0.6份催化剂在常温真空条件下搅拌均匀并除泡，先用30rpm转速搅拌80min，再用60rpm转速搅拌70min，静置真空排泡时间60min，得到导热屏蔽复合材料浆料。
导热吸波复合材料浆料制备：
将1200份γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球、160份乙烯基硅油、4.8份端含氢硅油、5份硅烷类偶联剂、0.7份抑制剂、1份补强剂和0.6份催化剂在常温真空条件下搅拌均匀并除泡，先用30rpm转速搅拌80min，再用60rpm转速搅拌70min，静置真空排泡时间60min，得到导热吸波复合材料浆料。
具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料制备：
步骤1：将导热屏蔽层复合浆料置于挤压成型设备中，然后将浆料挤出后置于硅系或者氟素离型膜上，并在上方覆盖于硅系或者氟素离型膜，调节双辊压延机厚度至0.2mm，得到导热屏蔽复合材料膜；
步骤2：将步骤1中的导热屏蔽复合材料膜放置加热室加热固化，温度设置为120℃，加热时间为15min。加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温，降温后按尺寸进行模切，得到屏蔽层1；
步骤3：将厚度0.45mm的金属或陶瓷限厚框分别置于步骤2中屏蔽层1两侧，将导热吸波层复合材料浆料均匀涂抹于限厚框内，浆料与限厚框平行，厚度为0.45mm，放置加热室加热固化，温度设置为100℃，加热时间为15min，加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温脱模，得到[吸波层3+屏蔽层1+吸波层3]复合的有机硅多层复合垫片，即具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料。
在ASTM-D5470的标准下采取热流法对有机硅多层复合垫片的导热性能进行测试，并在矢量网络分析仪上测定样品2～18GHz频率范围内的电磁参数，测试结果如表1所示。
实施例3
导热屏蔽复合材料浆料制备：
将2000份MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料、160份乙烯基硅油、4.8份端含氢硅油、5份硅烷类偶联剂、0.7份抑制剂、1份补强剂和0.6份催化剂在常温真空条件下搅拌均匀并除泡，先用30rpm转速搅拌80min，再用60rpm转速搅拌70min，静置真空排泡时间60min，得到导热屏蔽复合材料浆料。
导热吸波复合材料浆料制备：
将2000份γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球、160份乙烯基硅油、4.8份端含氢硅油、5份硅烷类偶联剂、0.7份抑制剂、1份补强剂和0.6份催化剂在常温真空条件下搅拌均匀并除泡，先用30rpm转速搅拌80min，再用60rpm转速搅拌70min，静置真空排泡时间60min，得到导热吸波复合材料浆料。
具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料制备：参照实施例2。
在ASTM-D5470的标准下采取热流法对有机硅多层复合垫片的导热性能进行测试，并在矢量网络分析仪上测定样品2～18GHz频率范围内的电磁参数，测试结果如表1所示。
实施例4
导热屏蔽复合材料浆料制备：
将2500份MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料、160份乙烯基硅油、4.8份端含氢硅油、5份硅烷类偶联剂、0.7份抑制剂、1份补强剂和0.6份催化剂在常温真空条件下搅拌均匀并除泡，先用30rpm转速搅拌80min，再用60rpm转速搅拌70min，静置真空排泡时间60min，得到导热屏蔽复合材料浆料。
导热吸波复合材料浆料制备：
将2500份γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球、160份乙烯基硅油、4.8份端含氢硅油、5份硅烷类偶联剂、0.7份抑制剂、1份补强剂和0.6份催化剂在常温真空条件下搅拌均匀并除泡，先用30rpm转速搅拌80min，再用60rpm转速搅拌70min，静置真空排泡时间60min，得到导热吸波复合材料浆料。
具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料制备：参照实施例2。
在ASTM-D5470的标准下采取热流法对有机硅多层复合垫片的导热性能进行测试，并在矢量网络分析仪上测定样品2～18GHz频率范围内的电磁参数，测试结果如表1所示。
实施例5
导热屏蔽复合材料浆料制备：参照实施例2。
导热吸波复合材料浆料制备：参照实施例2。
导热透波复合材料浆料制备：
将1500份纳米级氮化硼纤维、160份乙烯基硅油、4.8份端含氢硅油、5份硅烷类偶联剂、0.7份抑制剂、1份补强剂和0.6份催化剂在常温真空条件下搅拌均匀并振动除泡，先用30rpm转速搅拌80min，再用60rpm转速搅拌70min，静置真空排泡时间70min，得到导热透波复合材料浆料。
具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料制备：
步骤1：将导热屏蔽层复合浆料置于挤压成型设备中，然后将浆料挤出后置于硅系或者氟素离型膜上，并在上方覆盖于硅系或者氟素离型膜，调节双辊压延机厚度至0.2mm，得到导热屏蔽复合材料膜；
步骤2：将步骤1中的导热屏蔽复合材料膜放置加热室加热固化，温度设置为120℃，加热时间为15min。加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温，降温后按尺寸进行模切，得到屏蔽层1；
步骤3：将厚度0.45mm的金属或陶瓷限厚框分别置于步骤2中屏蔽层1两侧，将导热吸波层复合材料浆料均匀涂抹于限厚框内，浆料与限厚框平行，厚度为0.45mm，放置加热室加热固化，温度设置为100℃，加热时间为15min，加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温脱模，得到[吸波层3+屏蔽层1+吸波层3]复合的有机硅复合材料；
步骤4：在步骤3中有机硅复合材料两侧吸波层3表面按照步骤3中方法涂抹导热透波层复合浆料，厚度为0.2mm，放置加热室加热固化，温度设置为100℃，加热时间为15min，加热结束后置于干燥箱中冷却至室温脱模，得到[透波层5+吸波层3+屏蔽层1+吸波层3+透波层5]复合的有机硅多层复合垫片，即具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料，如图2所示。
在ASTM-D5470的标准下采取热流法对有机硅多层复合垫片的导热性能进行测试，并在矢量网络分析仪上测定样品2～18GHz频率范围内的电磁参数，测试结果如表1所示。
实施例6
导热屏蔽复合材料浆料制备：参照实施例5。
导热吸波复合材料浆料制备：参照实施例5。
导热透波复合材料浆料制备：参照实施例5。
骨料层复合材料浆料制备：
将1500份碳纳米管纤维、160份乙烯基硅油、4.8份端含氢硅油、5份硅烷类偶联剂、0.7份抑制剂、1份补强剂和0.6份催化剂在常温真空条件下搅拌均匀并除泡，先用30rpm转速搅拌80min，再用60rpm转速搅拌70min，静置真空排泡时间60min，得到导热屏蔽复合材料浆料。
具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料制备：
步骤1：将导热屏蔽层复合浆料置于挤压成型设备中，然后将浆料挤出后置于硅系或者氟素离型膜上，并在上方覆盖于硅系或者氟素离型膜，调节双辊压延机厚度至0.2mm，得到导热屏蔽复合材料膜；
步骤2：将步骤1中的导热屏蔽复合材料膜放置加热室加热固化，温度设置为120℃，加热时间为15min。加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温，降温后按尺寸进行模切，得到屏蔽层1；
步骤3：将骨料层复合材料浆料置于在线喷射式点胶机内(电压：220V，60Hz；最小气压：0.6～0.8MPa；基板厚度0.005～6mm)喷涂于步骤2中屏蔽层1的两面，厚度0.03mm，放置加热室加热固化(温度设置为100℃，加热时间为15min。)。加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温脱模，得到[骨料层2+屏蔽层1+骨料层2]复合的有机硅复合材料；
步骤4：将厚度0.45mm的金属或陶瓷限厚框分别置于步骤3中有机硅复合材料两侧的骨料层2上，将导热吸波层复合材料浆料均匀涂抹于限厚框内，浆料与限厚框平行，厚度为0.45mm，放置加热室加热固化，温度设置为100℃，加热时间为15min，加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温脱模，得到[吸波层3+骨料层2+屏蔽层1+骨料层2+吸波层3]复合的有机硅复合材料；
步骤5：在步骤4中有机硅复合材料两侧吸波层3表面按照步骤3中方法喷涂骨料层复合材料浆料，厚度为0.03mm。然后在固化脱模后的有机硅复合材料两侧的骨料层2表面，按照步骤4中方法涂抹导热透波层复合浆料，厚度为0.2mm，放置加热室加热固化温，度设置为100℃，加热时间为15min，加热结束后置于干燥箱中冷却至室温脱模，得到[透波层5+骨料层2+吸波层3+骨料层2+屏蔽层1+骨料层2+吸波层3+骨料层2+透波层5]复合的有机硅多层复合垫片，即具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料，如图3所示。
在ASTM-D5470的标准下采取热流法对有机硅多层复合垫片的导热性能进行测试，并在矢量网络分析仪上测定样品2～18GHz频率范围内的电磁参数，测试结果如表1所示。
实施例7
导热屏蔽复合材料浆料制备：参照实施例6。
导热吸波复合材料浆料制备：参照实施例6。
导热透波复合材料浆料制备：参照实施例6。
骨料层复合材料浆料制备：参照实施例6。
具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料制备：
步骤1：将导热屏蔽层复合浆料置于挤压成型设备中，然后将浆料挤出后置于硅系或者氟素离型膜上，并在上方覆盖于硅系或者氟素离型膜，调节双辊压延机厚度至0.28mm，得到导热屏蔽复合材料膜；
步骤2：将步骤1中的导热屏蔽复合材料膜放置加热室加热固化，温度设置为120℃，加热时间为15min。加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温，降温后按尺寸进行模切，得到屏蔽层1；
步骤3：将骨料层复合材料浆料置于在线喷射式点胶机内(电压：220V，60Hz；最小气压：0.6～0.8MPa；基板厚度0.005～6mm)喷涂于步骤2中屏蔽层1的两面，厚度0.03mm，放置加热室加热固化(温度设置为100℃，加热时间为15min。)。加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温脱模，得到[骨料层2+屏蔽层1+骨料层2]复合的有机硅复合材料；
步骤4：将厚度1mm的金属或陶瓷限厚框分别置于步骤3中有机硅复合材料两侧的骨料层2上，将导热吸波层复合材料浆料均匀涂抹于限厚框内，浆料与限厚框平行，厚度为1mm，放置加热室加热固化，温度设置为100℃，加热时间为15min，加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温脱模，得到[吸波层3+骨料层2+屏蔽层1+骨料层2+吸波层3]复合的有机硅复合材料。
步骤5：在步骤4中有机硅复合材料两侧吸波层3表面按照步骤3中方法喷涂骨料层复合材料浆料，厚度为0.03mm。然后在固化脱模后的有机硅复合材料两侧的骨料层2表面，按照步骤4中方法涂抹导热透波层复合浆料，厚度为0.3mm，放置加热室加热固化温，度设置为100℃，加热时间为15min，加热结束后置于干燥箱中冷却至室温脱模，得到[透波层5+骨料层2+吸波层3+骨料层2+屏蔽层1+骨料层2+吸波层3+骨料层2+透波层5]复合的有机硅多层复合垫片，即具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料。
在ASTM-D5470的标准下采取热流法对有机硅多层复合垫片的导热性能进行测试，并在矢量网络分析仪上测定样品2～18GHz频率范围内的电磁参数，测试结果如表1所示。
实施例8
导热屏蔽复合材料浆料制备：参照实施例6。
导热吸波复合材料浆料制备：参照实施例6。
导热透波复合材料浆料制备：参照实施例6。
骨料层复合材料浆料制备：参照实施例6。
具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料制备：
步骤1：将导热屏蔽层复合浆料置于挤压成型设备中，然后将浆料挤出后置于硅系或者氟素离型膜上，并在上方覆盖于硅系或者氟素离型膜，调节双辊压延机厚度至0.4mm，得到导热屏蔽复合材料膜；
步骤2：将步骤1中的导热屏蔽复合材料膜放置加热室加热固化，温度设置为120℃，加热时间为15min。加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温，降温后按尺寸进行模切，得到屏蔽层1；
步骤3：将骨料层复合材料浆料置于在线喷射式点胶机内(电压：220V，60Hz；最小气压：0.6～0.8MPa；基板厚度0.005～6mm)喷涂于步骤2中屏蔽层1的两面，厚度0.05mm，放置加热室加热固化(温度设置为100℃，加热时间为15min。)。加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温脱模，得到[骨料层2+屏蔽层1+骨料层2]复合的有机硅复合材料；
步骤4：将厚度1.3mm的金属或陶瓷限厚框分别置于步骤3中有机硅复合材料两侧的骨料层2上，将导热吸波层复合材料浆料均匀涂抹于限厚框内，浆料与限厚框平行，厚度为1.3mm，放置加热室加热固化，温度设置为100℃，加热时间为15min，加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温脱模，得到[吸波层3+骨料层2+屏蔽层1+骨料层2+吸波层3]复合的有机硅复合材料。
步骤5：在步骤4中有机硅复合材料两侧吸波层3表面按照步骤3中方法喷涂骨料层复合材料浆料，厚度为0.05mm。然后在固化脱模后的有机硅复合材料两侧的骨料层2表面，按照步骤4中方法涂抹导热透波层复合浆料，厚度为0.4mm，放置加热室加热固化温，温度设置为100℃，加热时间为15min，加热结束后置于干燥箱中冷却至室温脱模，得到[透波层5+骨料层2+吸波层3+骨料层2+屏蔽层1+骨料层2+吸波层3+骨料层2+透波层5]复合的有机硅多层复合垫片，即具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料。
在ASTM-D5470的标准下采取热流法对有机硅多层复合垫片的导热性能进行测试，并在矢量网络分析仪上测定样品2～18GHz频率范围内的电磁参数，测试结果如表1所示。
实施例9
导热屏蔽复合材料浆料制备：参照实施例6。
导热吸波复合材料浆料制备：参照实施例6。
导热透波复合材料浆料制备：参照实施例6。
骨料层复合材料浆料制备：参照实施例6。
具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料制备：
步骤1：将导热屏蔽层复合浆料置于挤压成型设备中，然后将浆料挤出后置于硅系或者氟素离型膜上，并在上方覆盖于硅系或者氟素离型膜，调节双辊压延机厚度至0.6mm，得到导热屏蔽复合材料膜；
步骤2：将步骤1中的导热屏蔽复合材料膜放置加热室加热固化，温度设置为120℃，加热时间为15min。加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温，降温后按尺寸进行模切，得到屏蔽层1；
步骤3：将骨料层复合材料浆料置于在线喷射式点胶机内(电压：220V，60Hz；最小气压：0.6～0.8MPa；基板厚度0.005～6mm)喷涂于步骤2中屏蔽层1的两面，厚度0.05mm，放置加热室加热固化(温度设置为100℃，加热时间为15min。)。加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温脱模，得到[骨料层2+屏蔽层1+骨料层2]复合的有机硅复合材料；
步骤4：将厚度1.6mm的金属或陶瓷限厚框分别置于步骤3中有机硅复合材料两侧的骨料层2上，将导热吸波层复合材料浆料均匀涂抹于限厚框内，浆料与限厚框平行，厚度为1.6mm，放置加热室加热固化，温度设置为100℃，加热时间为15min，加热结束后放置与干燥箱中冷却至室温脱模，得到[吸波层3+骨料层2+屏蔽层1+骨料层2+吸波层3]复合的有机硅复合材料。
步骤5：在步骤4中有机硅复合材料两侧吸波层3表面按照步骤3中方法喷涂骨料层复合材料浆料，厚度为0.05mm。然后在固化脱模后的有机硅复合材料两侧的骨料层2表面，按照步骤4中方法涂抹导热透波层复合浆料，厚度为0.5mm，放置加热室加热固化温，度设置为100℃，加热时间为15min，加热结束后置于干燥箱中冷却至室温脱模，得到[透波层5+骨料层2+吸波层3+骨料层2+屏蔽层1+骨料层2+吸波层3+骨料层2+透波层5]复合的有机硅多层复合垫片，即具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料。
在ASTM-D5470的标准下采取热流法对有机硅多层复合垫片的导热性能进行测试，并在矢量网络分析仪上测定样品2～18GHz频率范围内的电磁参数，测试结果如表1所示。
上述实施例1-9制得的有机硅多层复合材料的导热性能、吸波性能及厚度如下表1所示：
| 实施例 | 导热系数(W/m·K) | 反射损耗(dB) | 厚度(mm) |
| 实施例1 | 7.63 | -50.23 | 2 |
| 实施例2 | 8.59 | -53.47 | 2 |
| 实施例3 | 10.79 | -64.61 | 2 |
| 实施例4 | 10.54 | -60.56 | 2 |
| 实施例5 | 11.96 | -68.91 | 2 |
| 实施例6 | 12.47 | -70.58 | 2 |
| 实施例7 | 14.21 | -75.17 | 3 |
| 实施例8 | 15.79 | -78.36 | 4 |
| 实施例9 | 17.34 | -81.14 | 5 |
从上述实施例1-4可以看出，三明治层状结构最外层为吸波层，中间为屏蔽层，其设计的目的是为防止外界或器件内部的电磁波通过吸波层发生透射或反射一部分电磁波而造成的二次干扰，促进电磁波更好的被吸收。实施例1制备的有机硅多层复合材料的导热系数为7.63W/m·K，在8.3～12.7GHz时的反射损耗值为-50.23dB。实施例2-4中增加导热吸波层和导热屏蔽层填料的填充量，提高了有机硅多层复合材料的导热性能和吸波性能，但填料过多会是粉体团聚且基料与粉体的粘合度降低等原因，导致性能下降，优选地，在本方案中当导热吸波层和导热屏蔽层填料分别为2000份时，导热系数最佳(10.79W/m·K)，且在8.3～12.7GHz时的反射损耗值为-64.61dB。
实施例5中加入透波层后导热系数(11.96W/m·K)和吸波性能明显增加(-68.91dB)，表明纳米级氮化硼纤维有利于提高有机硅多层复合材料的导热性，纳米级氮化硼纤维有较大的比表面积和长径比，有利于提高材料的导热性能及电磁波的吸附性性能。另一方面，透波层是使入射电磁波尽可能地进入吸波层而被充分吸收，并起到保护吸波层的作用。
通过实施例5、实施例6可以看出，实施例6中由高纯碳纳米管纤维制备的骨料层，增加了有机硅多层复合材料的导热性能(12.47W/m·K)和电磁吸波性能(-70.58dB)。高纯碳纳米管纤维骨料层的作用，一方面是提高有机硅多层复合材料的强度和韧性，另一方面是促进层与层界面之间的热传递效能。
实施例7、8和9中有机硅多层复合材料的导热系数和反射损耗分别为(14.21W/m·K，-75.17dB)、(15.79W/m·K，-78.36dB)和(17.34W/m·K，-81.14dB)，厚度分别为3mm，4mm，5mm。可以看出，随着有机硅多层复合材料厚度的增加，导热系数及吸波性能逐渐提高。合理调控透波层、吸波层、屏蔽层及骨料层不同功能层的厚度，在保证单层材料良好性能的前提下，有利于提高有机硅多层复合材料的导热性能及电磁屏蔽性能。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，包括：
屏蔽层，由MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料加入有机硅基料经固化得到；
与所述屏蔽层复合的吸波层，由γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球加入有机硅基料经固化得到；
和/或，位于所述吸波层与所述屏蔽层之间的骨料层；
和/或，与所述吸波层复合的透波层，由氮化硼纤维加入有机硅基料经固化得到；以及
位于所述透波层与所述吸波层之间的骨料层；
其中，所述骨料层由碳纳米管纤维加入有机硅基料经固化得到。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：
所述屏蔽层位于中间，所述吸波层位于所述屏蔽层的两侧；
和/或，所述吸波层的外侧复合所述透波层。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述屏蔽层的厚度为0.1～1mm；和/或所述吸波层的厚度为0.25～2.0mm；和/或所述透波层的厚度为0.1～0.7mm；和/或所述骨料层的厚度为0.01～0.05mm。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述屏蔽层、吸波层、骨料层、透波层的原料包括：有机硅基料、助剂和催化剂；
其中，所述助剂选自补强剂、偶联剂及抑制剂中的一种或几种；所述补强剂为硅树脂或者酚醛树脂；所述偶联剂选自硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、有机铬洛合物、硼化物、磷酸酯、锆酸酯、锡酸酯类中的一种或者几种；所述抑制剂选择炔醇类或马来酸酯类中的一种或者两种；所述催化剂为卡斯特催化剂。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：
所述屏蔽层采用以下方法制备：
以重量份计，将1000～3000份MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料、160～200份乙烯基硅油、4.8～6份含氢硅油、5～15份硅烷类偶联剂、0.7～1.2份抑制剂、1～3份补强剂和0.6～1份催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到导热屏蔽复合材料浆料，然后在110～130℃下加热10-20分钟固化，得到屏蔽层。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：
所述吸波层采用如下方法制备：
以重量份计，将1000～3000份γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球、160～200份乙烯基硅油、4.8～6份含氢硅油、5～15份硅烷类偶联剂、0.7～1.2份抑制剂、1～3份补强剂和0.6～1份催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到导热吸波复合材料浆料，然后在90～110℃下加热10-20分钟固化，得到吸波层。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：
所述透波层采用如下方法制备：
以重量份计，将1000～3000份纳米级氮化硼纤维、160～200份乙烯基硅油、4.8～6份含氢硅油、5～15份硅烷类偶联剂、0.7～1.2份抑制剂、1～3份补强剂和0.6～1份催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到导热透波复合材料浆料，然后在90～110℃下加热10-20分钟固化，得到透波层。
8.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：
所述骨料层采用如下方法制备：
以重量份计，将1000～3000份碳纳米管纤维、160～200份乙烯基硅油、4.8～6份含氢硅油、5～15份硅烷类偶联剂、0.7～1.2份抑制剂、1～3份补强剂和0.6～1份催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到骨料层复合材料浆料，然后在90～110℃下加热10-20分钟固化，得到骨料层。
9.一种具有导热吸波及电磁屏蔽功能的复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将MgO@Co-NiFe2O4异质结复合材料、有机硅基料、助剂、催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到骨料层复合材料浆料，然后将导热屏蔽层复合浆料置于硅系或者氟素离型膜上，并在上方覆盖于硅系或者氟素离型膜，调节双辊压延机厚度至0.1～1mm，得到导热屏蔽复合材料膜，之后在110～130℃下加热10-20分钟固化，之后降至室温后进行模切，得到屏蔽层；
和/或，步骤2：将碳纳米管纤维、有机硅基料、助剂、催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到骨料层复合材料浆料，然后将骨料层复合材料浆料置于在线喷射式点胶机内喷涂于步骤1得到的屏蔽层的上表面和/或下表面，厚度为0.01～0.05mm，之后在90～110℃下加热10-20分钟固化，并降至室温后进行脱模，从而在屏蔽层上复合骨料层；
步骤3：将γ-Al2O3@MoS2@Fe3O4异质结复合微球、有机硅基料、助剂、催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到导热吸波复合材料浆料，然后将限厚框置于步骤1制得的屏蔽层或者步骤2制得的骨料层上，将导热吸波层复合材料浆料均匀涂抹于限厚框内，浆料与限厚框平行，厚度为0.25～2.0mm，并在90～110℃下加热10-20分钟固化，之后降至室温后进行脱模，从而在屏蔽层或者骨料层上复合吸波层；
和/或，步骤4：将碳纳米管纤维、有机硅基料、助剂、催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到骨料层复合材料浆料，然后将骨料层复合材料浆料置于在线喷射式点胶机内喷涂于步骤3得到的吸波层的上表面和/或下表面，厚度为0.01～0.05mm，之后在90～110℃下加热10-20分钟固化，并降至室温后进行脱模，从而在吸波层上复合骨料层；
步骤5：将氮化硼纤维、有机硅基料、助剂、催化剂在真空条件下搅拌、静置排出气泡后得到导热透波层复合材料浆料，然后将限厚框置于步骤3制得的吸波层或者步骤4制得的骨料层上，将导热透波层复合材料浆料均匀涂抹于限厚框内，浆料与限厚框平行，厚度为0.1～0.7mm，并在90～110℃下加热10-20分钟固化，之后降至室温后进行脱模，从而在吸波层或者骨料层上复合透波层。
10.一种电子设备，包括如权利要求1-8任一项所述的复合材料。
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