CN114585250A - 一种屏蔽棉的制备方法及电磁屏蔽暗室 - Google Patents

一种屏蔽棉的制备方法及电磁屏蔽暗室 Download PDF

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刘淑娟
何文俊
赵强
赵为为
丁成博
邓勇靖
冯宇辉
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Abstract

本发明公开了一种屏蔽棉的制备方法及电磁屏蔽暗室。采用浸渍方法将预处理后的聚氨酯海绵浸入到Ti3C2纳米片分散液，得到具有电磁屏蔽作用的导电海绵。待其在冷冻真空干燥机干燥后，用作防辐射层，制作成电磁屏蔽暗室，实现防辐射应用。本发明制作的导电海绵屏蔽暗室方法简单，造价更低，质量更轻，可控制其空间大小，具有便携式移动的特点。可应用在信息保护、数据安全、防电磁屏蔽等场合，防止通讯窃听和信息窃取，避免被恶意定位和跟踪，也可降低外界电磁干扰，保证暗室内电子、电气设备正常工作。具有很高的推广利用价值。

Description

一种屏蔽棉的制备方法及电磁屏蔽暗室
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽技术领域，主要涉及屏蔽棉的制备方法及电磁屏蔽暗室，将Ti3C2纳米片应用在防辐射屏蔽上。
背景技术
近年来，随着电子设备的日益增加，移动终端设备的私密性与信息安全变得十分重要。但日常生活中许多设备都会辐射电磁波，比如手机、电脑、蓝牙耳机、无线广播与电视等，其产生的电磁波不仅会干扰电子元件正常工作，影响设备运转，还会导致数据丢失、商业机密泄露、个人隐私与健康都会受到威胁。同时一些精密仪器的测试使用需要避免其他设备发出的电磁波对其干扰，需要存放在一个特定的安全空间。因此，在需要时吸收电磁波是十分必要的，可以降低电磁波其对周围环境的影响。
目前，商业电磁屏蔽材料大多数为铁、银等金属材料，因其具有高电导率、高磁导率等优点，表现出优异的性能。由于金属与空气的阻抗不同，会对电磁波形成反射，同时电磁波在金属内部传递的过程中被衰减。但是，当金属作为屏蔽材料时，具有质量大、形状固定、安装结构复杂、成本要求较高等缺点，使用场景受到一定程度的限制。和金属材料相比，碳化钛作为一种新型材料，不仅具有金属导电特性，而且具有二维层状堆积结构、质轻和丰富的表面官能团，可作为导电材料填充于不同的多孔材料内部和表面，具有附着力强、不易脱落、耐弯折等优点，适用于多种电磁屏蔽场合。
CN113133299A，一种提高电磁屏蔽效能的可调多级屏蔽方法，通过不同体积的的Ti3C2胶体溶液抽滤加工制备得到不同质量的柔性自支撑Ti3C2薄膜，再将薄膜材料进行累加，以增强屏蔽效果和便于作为屏蔽材料使用。但是这样的薄膜材料无论是制备，还是加工使用，都很不方便。需要找到一种既能发挥Ti3C2材料的屏蔽作用，又能够方便制备和使用的方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的提供了一种屏蔽棉的制备方法，并使用该屏蔽棉制备了一种电磁屏蔽暗室。
一种屏蔽棉的制备方法，采用Ti3C2纳米片分散液，用浸渍的方法将柔性多孔材料浸入分散液中使其进行物理吸附，取出后，将柔性多孔材料干燥，得到屏蔽棉。
优选的，所述的柔性多孔材料选自聚氨酯海绵、软木、纤维布。
优选的，所述Ti3C2的在多孔材料中所占的质量分数为15 ω% ~60 ω%。
优选的，所述的多孔材料在浸入前进行预处理，在水：乙醇=1：1的混合溶液中超声30 min，再放入60℃ 的烘箱中干燥2小时。
优选的，所述的Ti3C2纳米片分散液含量为15 mg/mL。
优选的，所述的浸入，包括反复挤压使Ti3C2纳米片均匀的分散在多孔材料的内部和表面。
优选的，所述的干燥，是在冷冻干燥机内真空干燥72 h。
优选的，所述的浸入和干燥操作，重复若干次。
优选的，所述Ti3C2纳米片分散液的制造方法如下：
（1）LiF与9 M HCl混合搅拌至LiF完全溶解，缓慢加入与LiF等质量的Ti3AlC2，将混合物置于反应釜中于50~70℃条件下反应24 h；
（2）将产物在3500 rpm的条件下进行离心处理5 min，用去离子水将产物洗至pH>6，并真空干燥；
（3）步骤2中获得的产物经干燥后按15 mg/mL的浓度分散在去离子水中，在600 W的频率下超声1 h；
（4）将超声后的分散液在3500 rpm条件下离心1 h，上层悬浮液即为超薄Ti3C2纳米片分散液。
本发明还提供一种电磁屏蔽暗室，将按照前述方法制备的屏蔽棉剪成箱体的展开图形状，将导电海绵覆盖并固定在箱体内部，所述箱体和屏蔽棉上预留开合口。
本发明的有益效果：本发明具有以下优点：（1）本发明的原料采用轻质导电、具有优良附着效果的非金属纳米Ti3C2材料；（2）本发明的海绵弹性体屏蔽暗室内衬使用浸渍技术进行制备，可调控海绵的厚度或使用不同浓度的Ti3C2分散液来实现不同的屏蔽效果；（3）本发明使用的海绵基屏蔽暗室的制备采用有序折叠和胶装技术，可自定义折叠为所需形状，适用更多场合；（4）相比金属制造的电磁屏蔽暗室，本发明的海绵基屏蔽暗室只包含单层屏蔽薄膜，结构更加简单，造价更低、质量更轻、可折叠、易携带；（5）本发明的海绵基屏蔽包可屏蔽多种信号，包括蓝牙、无线网络、5G等；（6）本发明的聚氨酯导电海绵电磁屏蔽暗室可采用多种柔性基底，包括但不限于尼龙、纤维、布匹等；（7）本发明的海绵弹性体屏蔽暗室在常温环境下即可制得，且具有-15 oC-90 oC的宽温度工作范围。
附图说明
图1为电磁屏蔽暗室实物的截面图。
图2为电磁屏蔽暗室的剖面结构图。
图3为电磁屏蔽内衬聚氨酯海绵在15 mg/mL的分散液中浸润3次在X波段的测试结果。
图4为60PPI的海绵经过不同的浸渍次数所测试的电磁屏蔽总效能数据，注：横坐标PXMY代表的意思为：PX为聚氨酯海绵(P)经过X次浸渍次数，MY则为碳化钛（M）在导电海绵中所占的质量分数Y。
其中：1为电磁屏蔽暗室的内衬导电海绵；2为 纸箱部分；3纸箱的外部装饰。
具体实施步骤：
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的解释。
实施例1
聚氨酯海绵的预处理。将大面积厚度为0.5 cm的海绵裁剪成纸箱的展开图一样的形状，并将其在水：乙醇=1：1的混合溶液中超声30 min，再放入60℃ 的烘箱中干燥2小时，此时的得到了洁净的聚氨酯海绵。
聚氨酯导电海绵的制作。将预处理后的海绵浸入到15 mg/mL 250 mL的碳化钛纳米片分散液中，反复挤压使纳米片均匀的分散在海绵载体的内部和表面，然后放入冷冻干燥机真空干燥72 H，待干燥完后，得到浸润一次碳化钛的聚氨酯海绵。
实施例2
一种电磁屏蔽暗室结构的设计，具体参见图1、图2。将实施例制备的导电海绵用胶水粘在纸箱展开面的内部，然后对其进行折叠，将内外层一起折叠为纸箱的原来形状，各面相交处用胶水封紧，在其上部预留一面放入电子设备，一种简单的电磁屏蔽暗室便可设计完成。
实施例3
不同浸润次数所测试总的屏蔽效能，具体参加图3。设置六组实验组，第一组海绵在在碳化钛分散液浸润一次，通过冷冻干燥获得样品一，编号为P1M10.08，其中P1表示浸润一次所形成的聚氨酯导电海绵，M10.08则代表碳化钛在该样品中所占的质量分数。依次类推，设置其他五组实验。通过设置不同的浸润次数，发现浸润三次的导电海绵具有最优异屏蔽性能。
实施例4
海绵浸入碳化钛分散液三次所形成的导电海绵在X波段的测试结果，具体参见图4。通过波段法测试了体积为22.84×10.18×5 mm的导电海绵在X波段总的屏蔽效能达到了85 dB，其中吸收损耗为 80 dB, 反射损耗为5 dB，证明了导电海绵对电磁波的主要作用是吸收，降低了电磁波二次反射造成的损害。
实施例5
一种电磁屏蔽暗室结构的设计，具体参见图1、图2，包括内侧屏蔽层，也就是碳化钛浸渍后的导电海绵3，中间是纸箱夹板层，外侧装饰层4，屏蔽层使用材料为均匀涂有Ti3C2分散液的聚氨酯导电材料，选自海绵、纤维布、尼龙布、软木等。其中Ti3C2分散液通过浸渍的方法物理吸附在海绵载体的内部和表面，等待干燥后作为内衬。外层装饰层使用普通纸基材料。外层和中间层以及内层和中间层之间使用胶水连接。将三层一起折叠为小型纸箱原有形状，内部留空，边缘连接处使用胶水进行粘合，预留可装入电子设备的开口，在开口处弯折进行暗室的密封，使用胶水粘合，即可制备出电磁屏蔽暗室。
实施例6
一种电磁屏蔽暗室的应用演示。手机正常工作时，将电磁波暗室放在手机边缘的位置，检测电磁波数值为1.26 μT。将正常工作的手机放入设计的电磁屏蔽暗室中，检测仪器在相同的位置再次检测电磁波数值，此时电磁强度减弱为0.12 μT。
实施例7
一种电磁屏蔽暗室的应用演示。蓝牙耳机正常工作时，将电磁波检测仪放在距离耳机边缘的位置，检测电磁波数值为0.17 μT。电子手表正常工作时，将电磁波检测仪放在距离手表边缘的位置，检测电磁波数值为0.10 μT。分别将正常工作的蓝牙耳机、手表放入设计的电磁屏蔽暗室中，检测仪器在相同的位置再次检测电磁波数值，此时电磁强度减弱至0.00 μT。
以上实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。

Claims (10)

1.一种屏蔽棉的制备方法，其特征在于，采用Ti3C2纳米片分散液，用浸渍的方法将柔性多孔材料浸入分散液中使其进行物理吸附，取出后，将柔性多孔材料干燥，得到屏蔽棉。
2.根据权利要求1所述屏蔽棉的制备方法，其特征在于，所述的柔性多孔材料选自聚氨酯海绵、软木、纤维布。
3.根据权利要求1所述屏蔽棉的制备方法，其特征在于，所述Ti3C2的在柔性多孔材料中所占的质量分数为15 ω% ~60 ω%。
4.根据权利要求1所述屏蔽棉的制备方法，其特征在于，所述的柔性多孔材料在浸入前进行预处理，在水：乙醇=1：1的混合溶液中超声30 min，再放入60℃ 的烘箱中干燥2小时。
5.根据权利要求1所述屏蔽棉的制备方法，其特征在于，所述的Ti3C2纳米片分散液含量为15 mg/mL。
6.根据权利要求1所述屏蔽棉的制备方法，其特征在于，所述的浸入，包括反复挤压使Ti3C2纳米片均匀的分散在柔性多孔材料的内部和表面。
7.根据权利要求1所述屏蔽棉的制备方法，其特征在于，所述的干燥，是在冷冻干燥机内真空干燥72 h。
8.根据权利要求1所述屏蔽棉的制备方法，其特征在于，所述的浸入和干燥操作，重复若干次。
9.根据权利要求1所述屏蔽棉的制备方法，其特征在于，所述Ti3C2纳米片分散液的制造方法如下：
（1）LiF与9 M HCl混合搅拌至LiF完全溶解，缓慢加入与LiF等质量的Ti3AlC2，将混合物置于反应釜中于50~70℃条件下反应24 h；
（2）将产物在3500 rpm的条件下进行离心处理5 min，用去离子水将产物洗至pH>6，并真空干燥；
（3）步骤2中获得的产物经干燥后按10 mg/mL的浓度分散在去离子水中，在600 W的频率下超声1 h；
（4）将超声后的分散液在3500 rpm条件下离心1 h，上层悬浮液即为超薄Ti3C2纳米片分散液。
10.一种电磁屏蔽暗室，其特征在于，将按照权利要求1~9任何之一的方法制备的屏蔽棉剪成箱体的展开图形状，将导电海绵覆盖并固定在箱体内部，所述箱体和屏蔽棉上预留开合口。
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