CN116171033B - 具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料及其制备方法、可穿戴器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料及其制备方法、可穿戴器件。具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料包括依次层叠的柔性基材、第一Ti3C2Tx层和第一金属层；所述第一Ti3C2Tx层的厚度为5μm～10μm，所述第一金属层的厚度为30nm～50nm。本发明的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料在使用时，红外光从第一金属层射入后被大量反射，从而具有红外隐身的效果，微波从第一金属层射入后同样被反射一部分，而透过第一金属层的微波被第一Ti3C2Tx层反射和吸收，从而实现微波波段电磁屏蔽的效果。结合具体实施例部分的测试结果，本发明的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料具有较好的红外隐身效果和微波波段电磁屏蔽效果。
Description
技术领域
本发明涉及红外隐身和电磁屏蔽材料领域，尤其是涉及一种具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料及其制备方法、可穿戴器件。
背景技术
近年来，随着科技迅猛发展，电磁辐射造成的电磁污染、电磁干扰等问题日趋严重，影响了电子设备的精度和人体的健康。为解决电磁辐射带来的诸多问题，研究者提出了电磁屏蔽(EMI)理论，该理论指的是尽可能的消除电磁波产生的辐射。屏蔽手段分为电屏蔽、磁屏蔽、电磁屏蔽，其中电屏蔽借助了导电材料将电磁波以电形式损耗，磁屏蔽借助导磁材料将电磁波以涡流形式损耗，电磁屏蔽则是上述两种方式的集合。随着5G时代的发展，电磁辐射在人们生活中无处不在。当电磁波照射到物体表面时，通常会有几个路径：通过表面反射、被表面材料吸收、在表面材料内部多次折射使得信号衰减、通过表面材料进行透射到物体内部。而电磁屏蔽通常来说就是减少电磁辐射的危害。
此外，随着红外探测技术不断提高，红外隐身技术也备受瞩目。红外隐身技术本质是通过涂敷或者加固一层红外隐身材料使得物体的红外发射率或表面温度与周围环境的差距变小，进而躲避红外探测技术的侦察。特别是通过改变红外发射率的红外隐身技术，因为红外探测技术主要探测的大气窗口是3μm～5μm和8μm～14μm，所以红外隐身技术主要针对这两个波段，降低这两个波段的发射率。根据基尔霍夫辐射定律，在热平衡状态下，物体在红外波段的发射率与吸收率相等，所以研究过程中可用红外吸收率来表示器件的红外隐身效果。目前研究并应用红外隐身技术的器件结构有很多包括多膜系结构、多孔结构、核壳结构、超表面，包括光子晶体、光栅、超材料等，通过相位调控、光谱调控等降低物体的表面温度和红外发射率，实现红外隐身。
Ti3C2Tx材料是一种新型的碳氮化物二维过渡金属材料，通过选择性地从三维的MAX结构中刻蚀Al层来制备的。Ti3C2Tx一般表示为Mn+1XnTx，表达式中：M表示过渡金属元素，如Ti、V、Nb、Mo等，X一般代表C或N元素，Tx为表面官能团(如-O、-OH、-F基团)。其中，Ti3C2Tx是MXene种类中最具代表性的产物之一，在电磁屏蔽、微波吸收和超级电容器领域受到广泛关注。相比于传统的电磁屏蔽材料，Ti3C2Tx材料具有高比表面积、高导电性等特性，在电磁屏蔽领域上有很大的应用前景。基于Ti3C2Tx材料对于红外波段的低吸收，其也能应用于红外隐身，进而使得其能够应用于红外隐身兼容电磁屏蔽的结构中。
发明内容
基于此，有必要提供一种基于Ti3C2Tx材料的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料。
此外，还有必要提供一种上述具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的制备方法以及包括该具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的可穿戴器件。
一种具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料，包括依次层叠的柔性基材、第一Ti3C2Tx层和第一金属层；
所述第一Ti3C2Tx层的厚度为5μm～10μm，所述第一金属层的厚度为30nm～50nm。
在一个实施例中，还包括层叠在所述第一金属层上的第二Ti3C2Tx层以及层叠在所述第二Ti3C2Tx层上的第二金属层；
所述第二Ti3C2Tx层的厚度为0.5μm～5μm，所述第二金属层的厚度为30nm～50nm。
在一个实施例中，所述第一金属层和所述第二金属层的材料均为金。
在一个实施例中，所述柔性基材为400μm～500μm的碳布。
一种上述的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：
提供柔性基材；
在所述柔性基材上形成第一Ti3C2Tx层，其中，所述第一Ti3C2Tx层的厚度为5μm～10μm；
在所述第一Ti3C2Tx层上第一次磁控溅射形成第一金属层，得到所需要的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料，其中，所述第一金属层的厚度为30nm～50nm。
在一个实施例中，所述柔性基材为400μm～500μm的碳布；
在所述柔性基材上形成第一Ti3C2Tx层的操作为：以浓度为0.5wt％～5wt％的Ti3C2Tx分散液为过滤液，通过真空抽滤的方式在所述柔性基材上沉积形成第一Ti3C2Tx层。
在一个实施例中，还包括在所述第一Ti3C2Tx层上第一次磁控溅射形成第一金属层的操作之后，在得到所需要的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的操作之前，进行如下操作：
在所述第一金属层上形成第二Ti3C2Tx层，其中，所述第二Ti3C2Tx层的厚度为0.5μm～5μm；
在所述第二Ti3C2Tx层上第二次磁控溅射形成第二金属层，其中，所述第二金属层的厚度为30nm～50nm。
在一个实施例中，在所述第一金属层上形成第二Ti3C2Tx层的操作为：以浓度为0.5wt％～5wt％的Ti3C2Tx分散液为浸泡附着液，通过浸泡附着的方式在所述第一金属层上附着形成第二Ti3C2Tx层。
在一个实施例中，所述第一金属层和所述第二金属层的材料均为金；
在所述第一Ti3C2Tx层上第一次磁控溅射形成第一金属层的操作中，所述第一次磁控溅射为直流溅射，所述第一次磁控溅射的时间为30s～50s，所述第一次磁控溅射的电流为0.15A～0.25A；
在所述第二Ti3C2Tx层上第二次磁控溅射形成第二金属层的操作中，所述第二次磁控溅射为直流溅射，所述第二次磁控溅射的时间为30s～50s，所述第二次磁控溅射的电流为0.15A～0.25A。
一种可穿戴器件，由上述的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料或上述的制备方法制得的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料制备得到。
本发明的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料包括依次层叠的柔性基材、第一Ti3C2Tx层和第一金属层，由于第一Ti3C2Tx层为手风琴状多层纳米片结构，第一金属层的厚度为30nm～50nm，从而使得第一金属层实际上由多个金属纳米颗粒组成。
本发明的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料在使用时，红外光从第一金属层射入后被大量反射，从而具有红外隐身的效果，微波从第一金属层射入后同样被反射一部分，而透过第一金属层的微波被第一Ti3C2Tx层反射和吸收，从而实现微波波段电磁屏蔽的效果。
结合具体实施例部分的测试结果，本发明的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料具有较好的红外隐身效果和微波波段电磁屏蔽效果。
优选的，具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料还包括层叠在所述第一金属层上的第二Ti3C2Tx层以及层叠在所述第二Ti3C2Tx层上的第二金属层。第二金属层可以进一步反射红外光，第二Ti3C2Tx层和第二金属层可以进一步对微波进行反射和吸收，从而使得具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料具有更好的红外隐身效果和微波波段电磁屏蔽效果。
此外，由于第二Ti3C2Tx层具有高导电性和介电损耗，其对于微波具有一定的反射特性，微波经过第二Ti3C2Tx层后被吸收的能量大大减少，之后再次照射到第一金属层中，从而导致微波的透射量很少，甚至不会透射。
优选的，第一金属层和第二金属层的材料均为金。此时，第一金属层和第二金属层均由金纳米颗粒组成，金对红外光高反射低吸收，从而大幅增强了具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的红外隐身效果。
优选的，柔性基材为400μm～500μm的碳布。碳布对于微波波段有较高反射，从而大幅增强了具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的微波波段电磁屏蔽效果。
此外，碳布是一种纺织材料，柔性较好且可裁剪，再加上碳布厚度小，使得具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料具有较好的可穿戴特性，具有一定的柔性并且易于大面积制备，这将有助于具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料在军事领域、生活领域上的应用，可包覆在器件外侧，实现红外隐身和电磁屏蔽性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一实施方式的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的剖面结构示意图。
图2为实施例1制得的成品的红外热像仪图像。
图3为实施例2制得的成品的红外热像仪图像。
图4为对比例1制得的成品的红外热像仪图像。
图5为实施例1的碳布、实施例1和对比例2制得的成品的电磁屏蔽测试结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合如图，本发明公开了一实施方式的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料，包括依次层叠的柔性基材10、第一Ti3C2Tx层20和第一金属层30。
第一Ti3C2Tx层20的厚度为5μm～10μm，第一金属层30的厚度为30nm～50nm。
本发明的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料包括依次层叠的柔性基材10、第一Ti3C2Tx层20和第一金属层30，由于第一Ti3C2Tx层20为手风琴状多层纳米片结构，第一金属层30的厚度为30nm～50nm，从而使得第一金属层30实际上由多个金属纳米颗粒组成。
本发明的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料在使用时，红外光从第一金属层30射入后被大量反射，从而具有红外隐身的效果，微波从第一金属层30射入后同样被反射一部分，而透过第一金属层30的微波被第一Ti3C2Tx层20反射和吸收，从而实现微波波段电磁屏蔽的效果。
结合具体实施例部分的测试结果，本发明的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料具有较好的红外隐身效果和微波波段电磁屏蔽效果。
此外，第一金属层30实际上由多个金属纳米颗粒组成，且第一金属层30很薄，这使得具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料在红外波段能够降低吸收的同时，不影响具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料在微波波段的电磁屏蔽特性。
结合图1，优选的，本实施方式中，具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料还包括层叠在第一金属层30上的第二Ti3C2Tx层40以及层叠在第二Ti3C2Tx层40上的第二金属层50。
第二Ti3C2Tx层40的厚度为0.5μm～5μm，第二金属层50的厚度为30nm～50nm。
第二金属层50可以进一步反射红外光，第二Ti3C2Tx层40和第二金属层50可以进一步对微波进行反射和吸收，从而使得具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料具有更好的红外隐身效果和微波波段电磁屏蔽效果。
此外，由于第二Ti3C2Tx层40具有高导电性和介电损耗，其对于微波具有一定的反射特性，微波经过第二Ti3C2Tx层40后被吸收的能量大大减少，之后再次照射到第一金属层30中，从而导致微波的透射量很少，甚至不会透射。
优选的，本实施方式中，第一金属层30和第二金属层50的材料均为金。
此时，第一金属层和第二金属层均由金纳米颗粒组成，金对红外光高反射低吸收，从而大幅增强了具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的红外隐身效果。
柔性基材10可以选择任意的柔性材料，以多孔柔性材料为佳。
优选的，本实施方式中，柔性基材10为400μm～500μm的碳布。
碳布对于微波波段有较高反射，从而大幅增强了具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的微波波段电磁屏蔽效果。
此外，碳布是一种纺织材料，柔性较好且可裁剪，再加上碳布厚度小，使得具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料具有较好的可穿戴特性，具有一定的柔性并且易于大面积制备，这将有助于具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料在军事领域、生活领域上的应用，可包覆在器件外侧，实现红外隐身和电磁屏蔽性能。
本发明还公开了一实施方式的上述的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：
S10、提供柔性基材10。
柔性基材10可以选择任意的柔性材料，以多孔柔性材料为佳。
优选的，本实施方式中，柔性基材10为400μm～500μm的碳布。
碳布对于微波波段有较高反射，从而大幅增强了制得的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的微波波段电磁屏蔽效果。
此外，碳布是一种纺织材料，柔性较好且可裁剪，再加上碳布厚度小，使得制得的具具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料具有较好的可穿戴特性，具有一定的柔性并且易于大面积制备，这将有助于制得的具具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料在军事领域、生活领域上的应用，可包覆在器件外侧，实现红外隐身和电磁屏蔽性能。
S20、在柔性基材10上形成第一Ti3C2Tx层20。
其中，第一Ti3C2Tx层的厚度为5μm～10μm。
优选的，本实施方式中，在柔性基材10上形成第一Ti3C2Tx层的操作为：以浓度为0.5wt％～5wt％的Ti3C2Tx分散液为过滤液，通过真空抽滤的方式在柔性基材10上沉积形成第一Ti3C2Tx层20。
需要指出的是，本实施方式中，柔性基材10为多孔柔性基材，Ti3C2Tx分散液中的分散液为水(优选去离子水)。
通过真空抽滤的方式形成第一Ti3C2Tx层20，可以较快速的制备具有一定厚度的第一Ti3C2Tx层20，此外，真空抽滤操作简单且成本低，在真空过滤过程中，小分子会过滤出去，留下分散液中的材料，能够平铺填充柔性基材，分布均匀，快速干燥。
真空抽滤过程中，抽滤时间应该根据过滤过程中Ti3C2Tx分散液形成的第一Ti3C2Tx层20与柔性基材10的贴合程度而定，一般表面上没有流动液体、没有明显的水痕迹即可停止抽滤。抽滤完成后干燥定型即可。
需要指出的是，柔性基材10为具有多孔结构的碳布，从而可以通过真空抽滤的方式形成第一Ti3C2Tx层20。
S30、在第一Ti3C2Tx层20上第一次磁控溅射形成第一金属层30，得到所需要的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料。
其中，第一金属层30的厚度为30nm～50nm。
优选的，S30中，第一金属层30的材料为金，第一次磁控溅射为直流溅射，第一次磁控溅射的时间为30s～50s，第一次磁控溅射的电流为0.15A～0.25A。
优选的，本实施方式中，S30还包括在第一Ti3C2Tx层20上第一次磁控溅射形成第一金属层30的操作之后，在得到所需要的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的操作之前，进行如下操作：在第一金属层30上形成第二Ti3C2Tx层40，在第二Ti3C2Tx层40上第二次磁控溅射形成第二金属层。
其中，第二Ti3C2Tx层40的厚度为0.5μm～5μm，第二金属层50的厚度为30nm～50nm。
优选的，本实施方式中，在第一金属层30上形成第二Ti3C2Tx层40的操作为：以浓度为0.5wt％～5wt％的Ti3C2Tx分散液为浸泡附着液，通过浸泡附着的方式在第一金属层30上附着形成第二Ti3C2Tx层。
由于第一Ti3C2Tx层20为手风琴状多层纳米片结构，第一金属层30的厚度为30nm～50nm，从而使得第一金属层30实际上由多个金属纳米颗粒组成，这最终使得第一Ti3C2Tx层20和第一金属层30共同构成具有丰富孔隙的多孔结构，从而可以通过浸泡附着的方式附着形成第二Ti3C2Tx层40。
通过浸泡附着的方式，可以更自然地在第一金属层30上附着形成较薄的第二Ti3C2Tx层40。
采用附着的方式制备的第二Ti3C2Tx层40，在后续烘干过程中，内部的水分子逸出，留下空位，从而当微波照射时，可以在内部进行多次反射衰减，提高电磁屏蔽性能。
此外，考虑到已经通过真空抽滤制备第一Ti3C2Tx层20，如果此刻再通过真空抽滤制备第二Ti3C2Tx层40，有可能出现破裂现象、污染现象，此外，第一金属层已经在表面填充大部分空隙，形成致密层，此时再进行真空抽滤，容易出现过滤分布不均匀、过滤时间过长等现象，故通过浸泡附着的方式制备在第二Ti3C2Tx层40。
更优选的，浸泡附着的操作中，Ti3C2Tx分散液的温度为70℃～85℃，浸泡附着的时间为2h～4h。
这样操作，可以使材料分布均匀，也可避免因再次抽滤导致的污染、样品破损等现象，并且低温烘干，成本低，可便于大面积制备。
由于Ti3C2Tx分散液的溶剂为去离子水，长时间在70℃～85℃的温度下，水分子会逸出，因此通常会浸泡过夜，如果时间不够，表面仍然会有流动液体，无法成型。浸泡附着完成后干燥定型即可。
为了确保得到的第二Ti3C2Tx层40的厚度符合要求，浸泡附着的操作可以多次重复。
具体来说，可以重复浸泡附着9次～12次。
优选的，S30中，第二金属层50的材料为金，第二次磁控溅射为直流溅射，第二次磁控溅射的时间为30s～50s，第二次磁控溅射的电流为0.15A～0.25A。
本发明还公开了一实施方式的可穿戴器件，由上述的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料或上述的制备方法制得的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料制备得到。
以下为具体实施例。
实施例1
提供直径为6cm、厚度为厚度350μm的圆形碳布(台湾碳能W0S1011)作为柔性基材，以浓度为1wt％的Ti3C2Tx(北科新材科技有限公司，风琴状Ti3C2Tx MXene材料)去离子水分散液为过滤液，通过真空抽滤的方式在柔性基材10上沉积形成第一Ti3C2Tx层，抽滤时间8分钟，直至材料沉积在碳布上，在80℃烘箱中干燥过夜，得到的第一Ti3C2Tx层的厚度为8μm。
通过直流磁控溅射在第一Ti3C2Tx层上形成厚度为40nm的第一金层，得到半成品，直流磁控溅射的时间为40s，直流磁控溅射的电流为0.2A。
将3.5mL浓度为1wt％的Ti3C2Tx(北科新材科技有限公司，风琴状Ti3C2Tx MXene材料)去离子水分散液倒入直径为6cm的培养皿中，将半成品浸泡培养皿中，并且保持整个体系为80℃，浸泡3h，接着在80℃烘箱中干燥过夜，得到的第二Ti3C2Tx层的厚度为0.8μm。
通过直流磁控溅射在第二Ti3C2Tx层上形成厚度为40nm的第二金层，得到成品，直流磁控溅射的时间为40s，直流磁控溅射的电流为0.2A。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，区别在于将碳布替换成芯硅谷Q5780-90mm慢速定性滤纸，并裁剪成纸浆为6cm以匹配培养皿大小。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，区别在于将第一金层和第二金层替换成第一碳纳米管层和第二碳纳米管层。
第一碳纳米管层的制备过程如下：通过直流磁控溅射在第一Ti3C2Tx层上形成厚度为40nm的第一碳纳米管层，得到半成品，直流磁控溅射的时间为40s，直流磁控溅射的电流为0.2A。
第一碳纳米管层的制备过程如下：通过直流磁控溅射在第二Ti3C2Tx层上形成厚度为40nm的第一碳纳米管层，得到成品，直流磁控溅射的时间为40s，直流磁控溅射的电流为0.2A。
对比例2
对比例1与实施例1基本相同，区别在于制备第一Ti3C2Tx层和第二Ti3C2Tx层时，将浓度为1wt％的Ti3C2Tx去离子水分散液的分散剂替换为1wt％的PVA(Wako,PolyvinylAlcohol,160-08295)溶液，即，将Ti3C2Tx分散到1wt％的PVA溶液中。
测试例1
采用红外热像仪(武汉市富运达光电有限公司，SAT HM-200红外热像仪)分别对实施例1、实施例2和对比例1制得的成品进行分析，得到图2、图3和图4。
对比图2、图3和图4可以看出，实施例1和实施例2制得的成品的红外发射率明显低于对比例1制得的成品。
这说明实施例1和实施例2制得的成品具有较好的红外隐身效果。
但是实施例2制得的成品采用滤纸作为柔性基材，这使得实施例2制得的成品柔韧性不足，容易有折痕，影响后续使用。
而实施例1制得的成品采用碳布作为柔性基材，这使得实施例1制得的成品可弯曲，不易有折痕，具有一定的柔韧性。
采用手持测温热像仪(杭州微影软件有限公司，HM-TPH21Pro-3AQF)，分别在不同温度下对实施例1制得的成品的红外发射率进行测量，得到下表1。
表1：实施例1制得的成品的红外发射率
| 温度 | 红外发射率 |
| 常温 | 0.18 |
| 80℃ | 0.15 |
| 150℃ | 0.10 |
| 220℃ | 0.11 |
| 300℃ | 0.12 |
由表1可以看出，实施例1制得的成品的红外发射率很低，可以实现红外隐身效果。
测试例2
分别对实施例1的碳布、实施例1和对比例2制得的成品送样至中电科思仪科技股份有限公司公司进行测试，进行电磁屏蔽测试，得到图5。
图5的纵坐标SET、SER、SEA代表SET、SER、SEA，SET数值越大，电磁屏蔽效果越好。
需要指出的是，电磁屏蔽的效果与能力通常用电磁屏蔽效能EMI SE来定量表示，其数值用分贝作为单位。根据谢昆诺夫公式，总电磁屏蔽效能SET由三个部分组成：SER、SEA和SEM，当电磁屏蔽效能SET大于15dB时，SEM可以忽略不计，即：SET＝SER+SEA。
结合图5，实施例1制得的成品的SET值在46dB～52dB之间，明显超过了碳布和对比例2制得的成品的电磁屏蔽值，实施例1制得的成品具有较好的电磁屏蔽效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供柔性基材，所述柔性基材为多孔柔性材料；
以浓度为0.5wt％～5wt％的Ti3C2Tx分散液为过滤液，通过真空抽滤的方式在所述柔性基材上沉积形成第一Ti3C2Tx层，其中，所述第一Ti3C2Tx层的厚度为5μm～10μm，所述第一Ti3C2Tx层为手风琴状多层纳米片结构；
在所述第一Ti3C2Tx层上第一次磁控溅射形成第一金属层，得到所需要的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料，其中，所述第一金属层的厚度为30nm～50nm，所述第一金属层由多个金属纳米颗粒组成；
还包括在所述第一Ti3C2Tx层上第一次磁控溅射形成第一金属层的操作之后，在得到所需要的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的操作之前，进行如下操作：
以浓度为0.5wt％～5wt％的Ti3C2Tx分散液为浸泡附着液，通过浸泡附着的方式在所述第一金属层上附着形成第二Ti3C2Tx层，其中，所述第二Ti3C2Tx层的厚度为0.5μm～5μm；
在所述第二Ti3C2Tx层上第二次磁控溅射形成第二金属层，其中，所述第二金属层的厚度为30nm～50nm。
2.根据权利要求1所述的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述柔性基材为400μm～500μm的碳布。
3.根据权利要求1所述的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层的材料均为金；
在所述第一Ti3C2Tx层上第一次磁控溅射形成第一金属层的操作中，所述第一次磁控溅射为直流溅射，所述第一次磁控溅射的时间为30s～50s，所述第一次磁控溅射的电流为0.15A～0.25A；
在所述第二Ti3C2Tx层上第二次磁控溅射形成第二金属层的操作中，所述第二次磁控溅射为直流溅射，所述第二次磁控溅射的时间为30s～50s，所述第二次磁控溅射的电流为0.15A～0.25A。
4.一种可穿戴器件，其特征在于，由权利要求1～3中任意一项所述的制备方法制得的具有红外隐身功能的电磁屏蔽材料制备得到。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108828695A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-16 | 中国人民解放军国防科技大学 | 可用于红外隐身的光谱选择性发射材料及其制备方法 |
| CN111103643A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-05-05 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种选择性发射红外隐身材料及其制备方法 |
| CN113060734A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-02 | 郑州大学 | 一种红外低发射率MXene薄膜及其制备方法 |
| CN215008588U (zh) * | 2021-05-27 | 2021-12-03 | 湖南二零八先进科技有限公司 | 一种基于石墨烯膜的隐身材料 |
| CN115449121A (zh) * | 2022-10-19 | 2022-12-09 | 北京化工大学 | 具有红外/电磁双隐身的聚吡咯包覆的聚酰亚胺杂化气凝胶/相变材料复合膜及其制备方法 |
| CN115715083A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-02-24 | 宁波格兰家居用品有限公司 | 一种柔性电热织物及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108828695A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-16 | 中国人民解放军国防科技大学 | 可用于红外隐身的光谱选择性发射材料及其制备方法 |
| CN111103643A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-05-05 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种选择性发射红外隐身材料及其制备方法 |
| CN113060734A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-02 | 郑州大学 | 一种红外低发射率MXene薄膜及其制备方法 |
| CN215008588U (zh) * | 2021-05-27 | 2021-12-03 | 湖南二零八先进科技有限公司 | 一种基于石墨烯膜的隐身材料 |
| CN115449121A (zh) * | 2022-10-19 | 2022-12-09 | 北京化工大学 | 具有红外/电磁双隐身的聚吡咯包覆的聚酰亚胺杂化气凝胶/相变材料复合膜及其制备方法 |
| CN115715083A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-02-24 | 宁波格兰家居用品有限公司 | 一种柔性电热织物及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| "MXene纤维的制备、性能及应用研究进展";梁程，程群峰;《复合材料学报》;第39卷(第9期);4227-4243 * |
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