CN117644694A - 一种具有三明治结构的多功能复合薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents
一种具有三明治结构的多功能复合薄膜及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117644694A CN117644694A CN202410122976.XA CN202410122976A CN117644694A CN 117644694 A CN117644694 A CN 117644694A CN 202410122976 A CN202410122976 A CN 202410122976A CN 117644694 A CN117644694 A CN 117644694A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite film
- zif
- cwf
- film
- solution
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000013154 zeolitic imidazolate framework-8 Substances 0.000 claims abstract description 68
- MFLKDEMTKSVIBK-UHFFFAOYSA-N zinc;2-methylimidazol-3-ide Chemical compound [Zn+2].CC1=NC=C[N-]1.CC1=NC=C[N-]1 MFLKDEMTKSVIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 68
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 38
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 6
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 6
- LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1h-imidazole Chemical compound CC1=NC=CN1 LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 5
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 claims description 3
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 3
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 3
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 89
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 6
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N Dopamine hydrochloride Chemical compound Cl.NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229960001149 dopamine hydrochloride Drugs 0.000 description 3
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有三明治结构的多功能复合薄膜及其制备方法和应用，属于复合薄膜技术领域；该所述复合薄膜包括至少一层的CWF/ZIF‑8复合膜以及覆盖在CWF/ZIF‑8复合膜上下表面的PPA膜；其中，CWF/ZIF‑8复合膜包括碳化木质薄膜，在碳化木质薄膜的表面沉积有ZIF‑8晶体；PPA膜包括CNM基材，在CNM基材表面负载有PDA颗粒和尼龙材料。该复合薄膜材料有效结合了尼龙以及木材，并通过PDA的负载以及ZIF‑8晶粒的沉积，使复合薄膜薄膜具有出色的阻燃性和热稳定性，以及优异的力学性能和卓越的EMI屏蔽性能；三明治夹层结构还有效地保护了内层的CWF/ZIF‑8复合膜，延长了复合薄膜的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有三明治结构的多功能复合薄膜及其制备方法和应用，属于复合薄膜技术领域。
背景技术
目前，智能电子设备、柔性电子设备和无线通信技术的快速发展已被用来为我们提供更便捷的生活方式。现代电子设备正在变得高度集成和多功能。然而，电磁干扰(EMI)污染正成为一个严重的问题。聚合物基EMI屏蔽复合薄膜因其重量轻、耐腐蚀、成本效益高受到广泛关注。尼龙(PA)表现出令人满意的化学和热稳定性，优异的机械性能和高耐磨性，使其被广泛用于电子设备。然而，它们的使用受到热量积聚引起的火灾风险的限制，其高可燃性仍然是限制其广泛应用的重大缺点。
木材作为可再生生物质，具有低成本、可持续、轻质、多孔、分层结构等优点，是EMI屏蔽材料。木材固有的多层多孔结构有利于复合材料结构和电磁波的多次耗散。更重要的是，木源碳复合材料可以直接构建成结构和功能一体化材料，省去了一些繁琐的加工技术。近年来，木材作为碳基材料的主要来源，已逐步应用于EMI屏蔽。
但如何将木材于尼龙材料结合作为薄膜材料，并提高材料的阻燃性以及EMI屏蔽性能仍然是亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有三明治结构的多功能复合薄膜及其制备方法和应用，该复合薄膜材料有效结合了尼龙以及木材，并通过PDA的负载以及ZIF-8晶粒的沉积，使复合薄膜具有出色的阻燃性和热稳定性，以及优异的力学性能和卓越的EMI屏蔽性能，该三明治夹层结构还能有效保护内层的CWF/ZIF-8复合膜，延长了复合薄膜的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种具有三明治结构的多功能复合薄膜，所述复合薄膜包括至少一层的CWF/ZIF-8复合膜以及覆盖在CWF/ZIF-8复合膜上下表面的PPA膜；
其中，所述的CWF/ZIF-8复合膜包括碳化木质薄膜，在所述碳化木质薄膜的表面沉积有ZIF-8晶体；
所述的PPA膜包括CNM基材，在所述CNM基材表面负载有PDA颗粒和尼龙材料。
优选地，所述的PDA颗粒和尼龙材料共负载在CNM基材的其中一面或上下表面；
且PDA颗粒和尼龙材料负载在CNM基材其中一面时，负载有PDA颗粒和尼龙材料的PPA膜的一面与CWF/ZIF-8复合膜贴合或不贴合。
任一上述的多功能复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、将DA分散于TRIS缓冲液中，搅拌后离心去上清，再冷冻干燥，得PDA颗粒；
S2、将PDA颗粒加入至尼龙材料溶解液中，搅拌，得PPA溶液；
S3、将PPA溶液涂覆至CNM基材表面，经浸水处理后再干燥，得PPA膜；
S4、对木质薄膜进行碳化处理后，得碳化木质薄膜；
S5、将碳化木质薄膜真空浸渍于含Zn(NO3)2·6H2O、乙醇和甲醇的溶液A中；再将含有2-甲基咪唑、乙醇和甲醇的溶液B加入溶液A中，继续真空浸渍，得CWF/ZIF-8复合膜；
S6、将PPA膜覆盖至至少一层的CWF/ZIF-8复合膜的上下表面，干燥，得PPA/CWF/ZIF-8/PPA夹心结构的复合薄膜。
优选地，步骤S2中，所述的尼龙材料溶解液的制备方法是：
将废PA6丝溶解于60-70℃的CaCl2与MeOH的混合溶液中后冷却即可；
其中，废PA6丝、CaCl2、MeOH的比例为：(10-20)g:(1-10)mg:(80-120)ml；
且，所述的PDA颗粒与尼龙材料溶解液的质量比为1:(20-30)。
优选地，步骤S3中，所述的浸水处理的条件是：室温下浸入水中10-30s；干燥的条件是：40-60℃，1-3h。
优选地，步骤S4中，所述的碳化处理的条件是：N2气氛下，加热速率≥5℃/min，400-1200℃下1-3h。
优选地，步骤S4中，在将所述木质薄膜进行碳化处理后还进行了蚀刻处理，具体方法是：将碳化处理后的木质薄膜置于浓硝酸中超声处理1-3h，取出后清洗至中性并真空干燥即可。
优选地，步骤S5中，所述的溶液A中，Zn(NO3)2·6H2O、乙醇和甲醇的比例为：(1-5)g:(30-50)ml:(30-50)ml；
真空浸渍：10-15h。
优选地，步骤S5中，所述的溶液B中，2-甲基咪唑、乙醇和甲醇的比例为：(2-5)g:(30-50)ml:(30-50)ml；
且溶液A与溶液B的体积比为1:(0.8-1.2)；
继续真空浸渍：10-15h。
任一上述的多功能复合薄膜在制备电磁屏蔽材料中的应用。
本发明的有益效果在于：
本发明构建了三明治多层结构的复合薄膜，通过PDA颗粒作为填充填料，使PPA膜层具有优异的阻燃性能。木质薄膜的致密分层骨架可以有效地产生电磁波的多次反射。此外，通过十二面体ZIF-8晶体在碳化后的木质薄膜表面的原位生长进一步制备了CWF/ZIF-8，其在X波段的EMI SE高于50dB。CWF/ZIF-8复合材料形成了良好的微电流网络且具有丰富的极化基团，表现出优异的抗电磁干扰性能。
该复合薄膜还具有出色的机械稳定性，在5000次弯曲、扭曲循环再超声处理5000h后，其EMI屏蔽能力仍能够保持初始EMI屏蔽能力的94%以上。
该三明治夹层结构的复合薄膜还能有效保护内层的CWF/ZIF-8复合膜，延长了复合薄膜的使用寿命。且该复合薄膜还可以回收利用，满足可持续发展的要求。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的PPA膜上的PDA纳米颗粒的SEM微观结构图；
图2是本发明实施例1中a)CWF/ ZIF-8复合膜的切向截面；b) CWF/ZIF-8复合膜的SEM 图像；c)CWF/ZIF-8复合膜的EDS元素映射图像(C、O、N、Zn)；d)CWF/ZIF-8复合膜中ZIF-8晶体放大图；
图3是本发明实施例1制备的复合薄膜的截面SEM微观结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做具体的介绍。
实施例1：本实施例提供的多功能复合薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)2mg的CaCl2在65℃下缓慢加入MeOH(100mL)至250mL烧瓶中，高速搅拌，直至完全溶解；
(2)在步骤(1)制得的溶液中慢慢加入16g废PA6丝。将反应混合物高速搅拌直至PA6丝溶解。最后，将PA6溶液冷却至室温以供进一步使用；
(3)将200mg盐酸多巴胺(DA)分散在10 mM TRIS缓冲溶液(pH~8.5)中。将溶液在室温下剧烈搅拌72h。然后将溶液离心，除去上清液，得到浓缩的PDA分散液；
(4)通过冷冻干燥收集PDA颗粒的浓缩分散体，得到平均粒径为50-100nm的PDA球形颗粒；
(5)将通过步骤(4)制备的4gPDA颗粒共混入通过步骤(2)制备的98gPA6溶液中，剧烈搅拌30分钟，得到均匀的PPA溶液；
(6)使用速度为10 mm/s的涂布机将通过步骤(5)得到的PPA溶液刮刀涂覆在CNM基材的表面上；随后，将其浸入室温水中10秒，在50℃干燥1小时，得到PPA膜备用；
(7)在室温(20-25℃)下用压片机将木质单板(0.5mm厚)在20兆帕的定向压力下保持24小时。最后，将木质单板压制成厚度为0.2毫米的木质薄膜。
(8)在指定温度1200 ℃和5 ℃ /min的加热速率下，在N2大气中对木质薄膜进行碳化1小时，制备出碳化木质薄膜(CWF复合材料)。得到的CWF复合材料命名为CWF-1200(厚度为0.14毫米)。
(9) 将CWF-1200置于浓硝酸(浓度65%)中超声处理2h，通过蚀刻增加其表面粗糙度和含氧官能团的数量，然后用去离子水清洗至中性，并在真空中干燥。
(10)将经过预处理的CWF-1200样品在含有Zn(NO3)2-6H2O (2.26克)、乙醇(40毫升)和甲醇(40毫升)的溶液A中真空浸渍12小时。
(11)将含有2-甲基咪唑(3.94克)、乙醇(40毫升)和甲醇(40毫升)的溶液B加入上述溶液A中，继续真空浸渍12小时，即得CWF/ZIF-8复合膜。
(12)将通过步骤(11)制备的CWF/ZIF-8复合膜覆盖在通过步骤(6)制备的PPA膜上。
(13)再在步骤(12)制得的PPA/CWF/ZIF-8薄膜的另一侧覆盖上另一层通过步骤(6)制备的PPA膜。最后，室温干燥24 h，得到PPA/CWF/ZIF-8/PPA夹心结构的复合薄膜。
实施例2：其他条件同实施例1，区别在于改变在步骤(5)中加入PDA颗粒的含量，为2gPDA颗粒的量和98gPA6溶液。
实施例3：其他条件同实施例1，区别在于改变在步骤(5)中加入PDA颗粒的含量，为6gPDA颗粒的量和94gPA6溶液。
对比例1：其他条件同实施例1，区别在于未进行步骤(3)-(5)，即原步骤(6)对应的新步骤是使用速度为10 mm/s的涂布机将通过步骤(2)得到的PA6溶液刮刀涂覆在CNM基材的表面上；随后，将其浸入室温水中10秒，在50℃干燥1小时，得到PA膜。最终得到的复合薄膜的结构为PA/ CWF/ZIF-8/PA夹心结构。
对比例2：其他条件同实施例1，区别在于未进行步骤(7)-(12)，即原步骤(13)对应的新步骤是将通过步骤(6)制备的两层PPA膜相互覆盖后，于室温干燥24 h，得到PPA/PPA结构的复合薄膜。
对比例3：其他条件同实施例1，区别在于未进行步骤(8)中的碳化处理。
对比例4：其他条件同实施例1，区别在于未进行步骤(9)中的浓硝酸蚀刻处理。
以上实施例和对比例中，PDA和/或PA6负载于CNM基材的其中一面，且在进行覆盖时，该面作为内侧面与CWF/ZIF-8复合膜或PPA膜贴合。
性能测试：本发明实施例1中制备的复合薄膜的微观结构图由扫描电镜得到，扫描电镜为产于日本的S-4800Ⅱ场发射扫描电镜FESEM。图1是实施例1制备的PPA膜上的PDA纳米颗粒的SEM微观结构图；图2中a区域是实施例1制备的CWF/ ZIF-8复合膜的切向截面；图2中b区域是实施例1制备的CWF/ZIF-8复合膜的SEM 图像；图2中c区域是实施例1制备的CWF/ZIF-8复合膜的EDS元素映射图像(C、O、N、Zn)；图2中d区域是实施例1制备的CWF/ZIF-8复合膜中ZIF-8晶体放大图；图3是实施例1制备的复合薄膜的截面SEM微观结构图。
从图1中可以看出，制备的PDA颗粒为10nm左右的小圆球，并且分散均匀。从图2中a区域可以看出，CWF/ZIF-8复合材料中木材的垂直截面上存在细胞壁通道结构，槽道的褶皱是由于碳化木材经过高温碳化后的体积收缩引起的。图2中c区域的CWF/ZIF-8的元素映射图显示，在CWF/ZIF-8表面中均匀检测到元素C、O、N和Zn(Zn仅来自ZIF-8)。在CWF/ZIF-8的SEM下(图2中b、d区域)，在较高放大倍率下观察到ZIF-8的生长。在细胞壁表面观察到一层致密的十二面体结构纳米晶体(ZIF-8)，显示ZIF-8均匀分散在CWF/ZIF-8表面。从图3中可以看出，制备的复合薄膜的横截面为三层结构。
将实施例1-3制备的复合薄膜和对比例1-4制备的薄膜进行热释放速率、总放热量和抗电磁干扰性能和力学性能的测试，具体测试结果如表1所示。
表1 薄膜性能测试结果
从表1中可以看出，未掺杂PDA纳米颗粒的PA/CWF/ZIF-8/PA复合薄膜(对比例1)的总热释放(THR)为0.98MJ/m2、峰值放热速率(PHRR)为312.68kW/m2、放热速率峰值时间(TPHRR)为28s；而掺杂PDA纳米颗粒的PPA/CWF/ZIF-8/PPA的复合无纺布(实施例1-3)的总热释放(THR)为0.81MJ/m2以下、峰值放热速率(PHRR)为81.36 kW/m2以下、放热速率峰值时间(TPHRR)为64s以上。由此可见掺杂PDA纳米颗粒可以增强薄膜的阻燃性，其原因在于，PDA可以捕获燃烧过程中释放的游离碳，产生更多的残炭。PDA纳米颗粒也增加了CO2在400℃以上的温度下生产。PDA的加入抑制了C-H和C-C，因此，C-H中的碳会变成更多的CO2。CO2是一种有效的屏障，可以减少燃烧过程中燃料可用的氧气和热传导，因此可以提高复合薄膜的阻燃性能。
此外，未添加CWF/ZIF-8夹心层的PPA /PPA复合薄膜(对比例2)的抗电磁干扰系数(dB)为13dB，而加入CWF/ZIF-8层的PPA/CWF/ZIF-8/PPA(实施例1-3)的抗电磁干扰系数(dB)不低于58dB。由此可见CWF/ZIF-8层的加入大大提升了复合薄膜的抗电磁干扰性能，其原因在于，当电磁波入射到CWF/ZIF-8表面时，一些电磁波会立即丢失，这是因为酸处理的CWF表面具有大量的含氧官能团和自由电子；当ZIF-8晶体原位生长在CWF表面时，所得的CWF/ZIF-8复合材料不仅改善了微电流网络，而且其内部极化基团得到丰富，从而促进了复合薄膜抗电磁干扰性能的提高。另外，天然的多级多孔结构和致密的层状骨架使CWF/ZIF-8具有良好的导电性，可产生强烈的电磁多重散射和反射；电磁波的其余部分进入碳化木质薄膜的骨架并与电子相互作用，产生欧姆电流损耗。此外，由于CWF/ZIF-8的分层框架密集，电磁波在通过每个通道时会重复前一层的损耗过程，从而实现电磁波逐层递增损耗。因此CWF/ZIF-8层的存在使得复合薄膜的抗电磁干扰性能得到提升。
通过实施例1与对比例3可以看出，在对CWF进行碳化处理后，复合薄膜的抗电磁干扰性能大大提升；这是因为碳化使得CWF具有导电性，木材特有的分层多孔结构转变为层状致密导电网络结构。且通过实施例1与对比例4可以进一步看出，在对CWF进行刻蚀处理后，复合薄膜的抗电磁干扰性能大大提升，这是因为酸处理的CWF表面变得粗糙，含有大量的含氧官能团和自由电子，这有利于ZIF-8晶体的原位生长，以进一步制备CWF/ZIF-8。
将实施例1和对比例1，2的复合薄膜在弯曲、扭曲循环5000次后再超声处理5000h，测量处理前后样品的拉伸强度和抗电磁干扰性能如下表2所示。
表2 处理前后薄膜性能测试结果
结合表1、2可以看出，PDA以及CWF/ZIF-8层的加入显著提高了复合薄膜的拉伸强度；且实施例1提供的复合薄膜在经过弯曲、扭曲循环5000次后再超声处理5000 h后，仍表现出优异的拉伸强度。另外，实施例1提供的复合薄膜在经过弯曲、扭曲循环5000次后再超声处理5000 h后，其电磁抗干扰系数表现出轻微的下降，电磁抗干扰系数保持率在95.4%，仍具有优异的抗电磁干扰性能。
以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有三明治结构的多功能复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜包括至少一层的CWF/ZIF-8复合膜以及覆盖在CWF/ZIF-8复合膜上下表面的PPA膜；
其中，所述的CWF/ZIF-8复合膜包括碳化木质薄膜，在所述碳化木质薄膜的表面沉积有ZIF-8晶体；
所述的PPA膜包括CNM基材，在所述CNM基材表面负载有PDA颗粒和尼龙材料。
2.根据权利要求1所述的多功能复合薄膜，其特征在于，所述的PDA颗粒和尼龙材料共负载在CNM基材的其中一面或上下表面；
且PDA颗粒和尼龙材料负载在CNM基材其中一面时，负载有PDA颗粒和尼龙材料的PPA膜的一面与CWF/ZIF-8复合膜贴合或不贴合。
3.权利要求1-2任一所述的多功能复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将DA分散于TRIS缓冲液中，搅拌后离心去上清，再冷冻干燥，得PDA颗粒；
S2、将PDA颗粒加入至尼龙材料溶解液中，搅拌，得PPA溶液；
S3、将PPA溶液涂覆至CNM基材表面，经浸水处理后再干燥，得PPA膜；
S4、对木质薄膜进行碳化处理后，得碳化木质薄膜；
S5、将碳化木质薄膜真空浸渍于含Zn(NO3)2·6H2O、乙醇和甲醇的溶液A中；再将含有2-甲基咪唑、乙醇和甲醇的溶液B加入溶液A中，继续真空浸渍，得CWF/ZIF-8复合膜；
S6、将PPA膜覆盖至至少一层的CWF/ZIF-8复合膜的上下表面，干燥，得PPA/CWF/ZIF-8/PPA夹心结构的复合薄膜。
4.根据权利要求3所述的多功能复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述的尼龙材料溶解液的制备方法是：
将废PA6丝溶解于60-70℃的CaCl2与MeOH的混合溶液中后冷却即可；
其中，废PA6丝、CaCl2、MeOH的比例为：(10-20)g:(1-10)mg:(80-120)ml；
且，所述的PDA颗粒与尼龙材料溶解液的质量比为1:(20-30)。
5.根据权利要求3所述的多功能复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述的浸水处理的条件是：室温下浸入水中10-30s；干燥的条件是：40-60℃，1-3h。
6.根据权利要求3所述的多功能复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述的碳化处理的条件是：N2气氛下，加热速率≥5℃/min，400-1200℃下1-3h。
7.根据权利要求3所述的多功能复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S4中，在将所述木质薄膜进行碳化处理后还进行了蚀刻处理，具体方法是：将碳化处理后的木质薄膜置于浓硝酸中超声处理1-3h，取出后清洗至中性并真空干燥即可。
8.根据权利要求3所述的多功能复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述的溶液A中，Zn(NO3)2·6H2O、乙醇和甲醇的比例为：(1-5)g:(30-50)ml:(30-50)ml；
真空浸渍：10-15h。
9.根据权利要求3所述的多功能复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述的溶液B中，2-甲基咪唑、乙醇和甲醇的比例为：(2-5)g:(30-50)ml:(30-50)ml；
且溶液A与溶液B的体积比为1:(0.8-1.2)；
继续真空浸渍：10-15h。
10.权利要求1-2任一所述的多功能复合薄膜在制备电磁屏蔽材料中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410122976.XA CN117644694A (zh) | 2024-01-30 | 2024-01-30 | 一种具有三明治结构的多功能复合薄膜及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410122976.XA CN117644694A (zh) | 2024-01-30 | 2024-01-30 | 一种具有三明治结构的多功能复合薄膜及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117644694A true CN117644694A (zh) | 2024-03-05 |
Family
ID=90045492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410122976.XA Withdrawn CN117644694A (zh) | 2024-01-30 | 2024-01-30 | 一种具有三明治结构的多功能复合薄膜及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117644694A (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112072085A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-12-11 | 华南理工大学 | 一种纳米木质素碳氧化锌复合材料及其制备方法与应用 |
| CN113271758A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-08-17 | 杭州电子科技大学 | 一种电磁波屏蔽透气多孔碳复合材料及其制备方法、应用 |
-
2024
- 2024-01-30 CN CN202410122976.XA patent/CN117644694A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112072085A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-12-11 | 华南理工大学 | 一种纳米木质素碳氧化锌复合材料及其制备方法与应用 |
| CN113271758A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-08-17 | 杭州电子科技大学 | 一种电磁波屏蔽透气多孔碳复合材料及其制备方法、应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| XIAOFAN MA、JUNJIE PAN、 HONGTAO GUO等: "Ultrathin Wood-Derived Conductive Carbon Composite Film for Electromagnetic Shielding and Electric Heating Management", ADV. FUNCT. MATER., vol. 33, 31 January 2023 (2023-01-31), pages 2213431 - 2213440 * |
| YAN ZHANG、JIAYU LUA、JIN YUA等: "Large scale fabrication of recyclable and multifunctional sandwich-structured electromagnetic interference shielding films based on waste Nylon-6 silk", MATERIALS TODAY PHYSICS, vol. 36, 20 July 2023 (2023-07-20), pages 101177 - 101187 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111809439B (zh) | 柔性高强MXene基电磁屏蔽复合薄膜及其制备方法 | |
| CN110204898B (zh) | 一种MXene-凯夫拉微纤复合薄膜的制备方法 | |
| CN111223687B (zh) | 基于MXene/PANI的高容量线性超级电容器电极的制备方法 | |
| CN111576079B (zh) | 一种导电性炭纸及其制备方法 | |
| CN113072725A (zh) | 一种纳米纤维素/MXene/银纳米线“三明治”结构复合薄膜及其制备方法 | |
| CN114171847B (zh) | 一种高阻燃、高浸润性锂离子电池隔膜及其制备方法 | |
| CN113271758B (zh) | 一种电磁波屏蔽透气多孔碳复合材料及其制备方法、应用 | |
| CN112993265A (zh) | 一种用于燃料电池的气体扩散层及其制备方法 | |
| CN110845752B (zh) | 一种具有仿生结构的复合石墨烯导热薄膜及其制备 | |
| KR102078974B1 (ko) | 열전도성이 우수한 카본페이퍼의 제조방법 및 이로부터 제조된 카본페이퍼 | |
| Sharma et al. | Nitro-oxidized carboxylated cellulose nanofiber based nanopapers and their PEM fuel cell performance | |
| CN117644694A (zh) | 一种具有三明治结构的多功能复合薄膜及其制备方法和应用 | |
| CN116284973A (zh) | 一种氮化硼/芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法 | |
| CN110600749B (zh) | 一种燃料电池一体式扩散层及其制备方法和应用 | |
| CN115287622B (zh) | 一种分子膜碳纸及其制备方法和应用 | |
| JP3891484B2 (ja) | 電解質膜およびその膜を備えた燃料電池 | |
| CN113801438B (zh) | 导热绝缘复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN115448300A (zh) | 一种柔性石墨烯高导热膜及其制备方法 | |
| CN112659697B (zh) | 一种珍珠母状酚醛包覆的MXene/聚乙烯醇仿生结构复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN114058075B (zh) | 芦苇基阻燃剂及阻燃环氧树脂 | |
| CN117532980A (zh) | 一种具有高导热性、高电磁屏蔽性能的复合阻燃薄膜、制备方法及应用 | |
| CN114456443B (zh) | 一种柔性纤维素/氮化硼/MXene“三明治”结构复合膜及其制备方法与应用 | |
| CN113105242B (zh) | 一种质子交换膜氢燃料电池用炭纸及其制备方法 | |
| CN116556108A (zh) | 一种气体扩散层的制备方法和应用 | |
| CN117228663A (zh) | 一种石墨烯基导热膜及其制备方法 |
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 | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20240305 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |