CN207552562U - 基于环状周期结构的纺织品 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于环状周期结构的纺织品，该纺织品包括由导电区域和非导电区域构成的环状周期结构，所述环状周期结构由若干环状周期结构单元阵列排布，每一所述环状周期结构单元为正方形区域，内部设有正方形环状或圆形环状非导电结构；其中，所述非导电区域部分互不连通。本实用新型基于严格的理论计算、样品制备验证和精细的结构设计，提出基于简单环状周期结构、可选择性通过手机电磁信号、截止其它频率电磁波、易于制备的纺织品，并提出将该纺织品应用于服装、窗帘及墙体装饰织物等，满足特定人群、需要具有屏蔽防护性能的建筑物等对手机通信的需求，以及对其它电磁波可能导致的危险的有效防护。

Description

基于环状周期结构的纺织品

技术领域

本实用新型是关于一种可选择性透过手机信号、截止其它频率电磁波的基于环状周期结构的纺织品，涉及纺织品技术领域。

背景技术

实际生活中手机已经成为生活必须品。我国现有2G、3G、4G网络的联通、移动或电信手机，采用的通信频率在0.9～1.0GHz、1.8～2.0GH、2.3～2.6GHz这三个频率范围。除了手机通信频率外，还有各种不能预知、不同频率的电磁波充斥在生活空间，比如48.5～958MHz频率范围的电视频道、5.8GHz的无线局域网WLAN、以及其它频率段的电磁辐射，而这些电磁波或多或少会影响到生活或正常的通信需求。因此，开发一种可通过手机通信频率电磁波、截止其它频率电磁波的频率选择透通性纺织品，具有极大的潜在应用空间。比如需要穿着电磁屏蔽服装、安装了心脏起搏器的人群，需要具有屏蔽性能且不影响手机通信的窗帘及墙体等。

现有电磁屏蔽织物，一般采用金属混纺纱线织成，或者在织物表面整体镀覆金属层获得，使得织物在规定的电磁波频率范围内，比如1～18GHz，具有符合需求的屏蔽效能，比如高于40dB。该类织物多通过直接反射电磁波实现屏蔽，需要具有一定的电导率，耗用一定量的金属纤维或具有一定的金属涂层厚度；同时，对于屏蔽波段内的电磁波，无论任何频率，一律反射。在电磁领域，频率选择表面作为可选择性通过某些频率电磁波、而截止另一些频率电磁波的结构，在通信、天线、雷达等诸多领域均得到了重要的应用，也是研究的热点。目前，频率选择表面多限于刚性材料，比如在刚性介质上进行金属贴片、或在金属板上周期性地开孔形成，具有质硬、加工困难、不易多层复合等缺点。施楣梧等人提出纺织品电磁学及电磁纺织品开发的研究思路，通过金属化织物技术，借鉴频率选择表面的周期结构，将诸如正方形、圆形、耶路撒冷子、偶极子等形状的金属导电或非导电介质部分，周期性阵列分布在介质织物或导电织物表面等，可实现纺织材料的频率选择性透通，并提出了粗略的加工制备方法。现有技术公开了电磁波频率选择透通纺织品及其制备方法，提出了大致的制备方法和可行的基本原理，但是对于频率选择表面的具体应用和设计原则等，是非常复杂的科学问题。

针对特定频率和需求，为了成功开发出满足要求的产品，还需要仔细研究以下几个方面：(1)需要设计周期结构形状：常用的周期结构有四大类，包括环形、中心连接形、实心型、组合型等，不同结构形状需要采用不同的方法进行制备，并适合特定的用途，比如环形结构不适用于在导电基材上进行直接刻蚀，实心形结构不适合低频谐振点等。(2)需要计算周期结构尺寸。一方面，对于某一个特定频率，不同形状所对应的尺寸存在显著差异，从而影响实用性能；另一方面，周期结构的各结构尺寸对应不同的含义，不能随意选取，部分尺寸过大会导致栅瓣，过小导致加工困难等。(3)需要考虑导电基材和非导电基材。基地材料的不同，导电部分电导率的差异均会导致谐振频率的差异。(4)必要的仿真理论计算和实际经验的结合。由于结构、尺寸和基材的组合千变万化，为了开发合适的、具有特定谐振频点的材料，在已知的经验基础上、结合必要的理论计算是必不可少的。显然，对于特定频率的选择性透通，需要基于严格的理论计算和实验验证，并选择合适的周期结构、具有较为精确的周期结构尺寸和分布、配套适合的特定制备方法；且在应用方面，为了保证结构的周期性和平面性，有些特殊要求。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种不仅可选择性透过手机信号、截止其它频率电磁波，还具有更好的透气性和舒适性的基于环状周期结构的纺织品。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种基于环状周期结构的纺织品，用于可选择性透过手机信号、截止其它频率电磁波，其特征在于，该纺织品包括由导电区域和非导电区域构成的环状周期结构；所述非导电区域互不连通，所述非导电区域采用正方形环状非导电结构或圆形环状非导电结构，与相应的导电结构一起构成正方形环状周期结构单元或圆形环状周期结构单元；每一所述正方形环状周期结构单元为边长为D的正方形区域，所述正方形区域内部设置有外环边长为d、内环边长为d-2a的正方形环状非导电结构，所述正方形区域内除去所述正方形环状非导电结构余下部分为导电结构，其中，D为30～48mm，d为29～45mm，所述正方形环状非导电结构的宽度a为0.5～2mm，若干个所述正方形环状周期结构单元阵列排布形成所述正方形环状周期结构；每一所述圆形环状周期结构单元为边长为D的正方形区域，所述正方形区域内设置有外径为d、内径为d-2a的圆形环状非导电结构，所述正方形区域内除去所述圆形环状非导电结构余下部分为导电结构，其中，D为33～50mm，d为32～48mm，所述圆形环状非导电结构的宽度a为0.5～2mm，若干个所述圆形环状周期结构单元阵列排布形成圆形环状周期结构。

进一步地，所述导电区域均为转印、涂层或镀覆的金属层，所述金属层包括银、铜、锌、铝、铁镍和铜镍复合一种或多种金属的复合涂层或镀层；或所述金属层采用金属或金属化纤维纱线织造而成。

进一步地，所述导电区域的电导率不低于10⁴S/m。

进一步地，所述非导电区域采用常规纺织品，即所述常规纺织品由棉、麻、毛、真丝各类天然纤维所构成的各类纺织品，或者由涤纶、锦纶、晴纶、丙纶或维纶构成的各类纺织品，或者由UHMWPE、芳纶或聚酰亚胺所构成的各类纺织品；或者由前述各类纤维的混纺或交织纺织品。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型基于严格的理论计算、样品制备验证和精细的结构设计，提出基于环状周期结构的纺织品，本实用新型的环状周期结构采用易于制备的正方形环状和圆形环状结构，加工方法简单，并可满足较高的加工精度要求，能够可选择性通过手机电磁信号、截止其它频率电磁波；进一步提出将该纺织品应用于服装、窗帘及墙体装饰织物等，满足特定人群、需要具有屏蔽防护性能的建筑物等对手机通信的需求，以及对其它电磁波可能导致的危险的有效防护。2、本实用新型可获得屏蔽其它电磁波危害，但是不影响手机通信2G、3G或4G网络的轻质、柔性纺织品。3、本实用新型的纺织品的环状周期结构具有平面对称性，对电磁波具有角度稳定性，对于各个方向的电磁波均具有良好的频率选择透通性能；和常规电磁屏蔽织物整体涂敷金属或具有一定导电性能相比，本实用新型的纺织品只具有局域性的导电部分，使得该织物不仅具有频率选择透通性能，还具有更好的透气服用性和舒适性。

附图说明

图1是本实用新型的纺织品结构示意图，其中，(a)为正方形环状周期结构示意图，(b)为圆形环状周期结构示意图；

图2(a)是本实用新型的正方形环状周期结构单元示意图；

图2(b)是本实用新型的圆形环状周期结构单元示意图；

图3是本实用新型的实施例1纺织品的电磁反射系数曲线，横坐标为Freq(频率)，单位为GHz，纵坐标Reflection Coefficient(反射系数)，单位为dB；

图4是本实用新型的实施例2纺织品的电磁反射系数曲线，横坐标为Freq，单位为GHz，纵坐标Reflection Coefficient，单位为dB；

图5是本实用新型的实施例3纺织品的电磁反射系数曲线，横坐标为Freq，单位为GHz，纵坐标Reflection Coefficient，单位为dB；

图6是本实用新型的实施例4纺织品的电磁反射系数曲线，横坐标为Freq，单位为GHz，纵坐标Reflection Coefficient，单位为dB；

图7是本实用新型的实施例5纺织品的电磁反射系数曲线，横坐标为Freq，单位为GHz，纵坐标Reflection Coefficient，单位为dB；

图8是本实用新型的实施例6纺织品的电磁反射系数曲线，横坐标为Freq，单位为GHz，纵坐标Reflection Coefficient，单位为dB。

具体实施方式

以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。如无特殊说明，本实用新型实施例中所使用的实验方法均为常规方法，所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。

如图1所示，本实用新型提供的基于环状周期结构的纺织品，包括由导电区域和非导电区域构成的环状周期结构，其中，非导电区域部分互不连通，非导电区域采用正方形环状非导电结构或圆形环状非导电结构，与相应的导电结构构成边长为D的正方形环状周期结构单元或圆形环状周期结构单元，正方形环状周期结构单元或圆形环状周期结构单元阵列排布形成正方形环状周期结构或圆形环状周期结构。

如图2(a)所示，正方形环状周期结构单元为边长为D的正方形区域，边长D为30～48mm，正方形区域内设置正方形环状非导电区域2，正方形环状非导电区域2的外环边长d为29～45mm、环宽度a为0.5～2mm、内环边长为(d-2a)，正方形区域内去除正方形环状非导电区域2余下区域1和3均为导电区域。正方形环状周期结构是若干由导电区域1和3、以及宽度为a的正方形环状非导电区域2构成的边长D的正方形区域阵列排布而成。

如图2(b)所示，圆形环状周期结构单元为边长为D的正方形区域，正方形区域内部设有外径为d、内径为(d-2a)的圆形环状非导电区域2，正方形区域内除去圆形环状非导电区域2余下区域1和3为导电区域，其中，D为33～50mm，d为32～48mm，圆形环状非导电区域2宽度a为0.5～2mm。圆形环状周期结构是若干由导电区域1和3、以及宽度为a的圆形环状非导电区域2构成的边长D的正方形区域阵列排布而成。

在一个优选的实施例中，导电区域均为转印、涂层或镀覆的金属层，金属层可以采用包括银、铜、锌、铝、铁镍、铜镍复合等一种或多种金属的复合涂层或镀层；或者金属层采用金属或金属化纤维纱线织造而成。

在一个优选的实施例中，导电区域的电导率在10⁴S/m以上。

在一个优选的实施例中，非导电区域采用常规纺织品，常规纺织品可以是由棉、麻、毛、真丝等各类天然纤维，或者涤纶、锦纶、晴纶、丙纶、维纶等各类常用化学纤维，或者UHMWPE、芳纶、聚酰亚胺等高性能纤维所构成的各类纺织品；或者前述各类纤维的混纺或交织纺织品。

本实用新型还提供基于环状周期结构的纺织品的制备方法：在常规纺织品基体上，采用烫金纸烫金、局部化学镀或磁控溅射、导电涂料印花方式，根据选择的环状周期结构及尺寸要求，将环状周期结构的导电区域涂敷在纺织品基体上，形成具有特定的导电区域和非导电区域的环状周期结构单元，并将环状周期结构单元阵列排布成全幅织物，制备得到由导电区域和非导电区域构成的环状周期结构且具有可选择性透过手机信号、截止其它频率电磁波的纺织品。

在一个优选的实施例中，常规纺织品基体是指由棉、麻、毛、真丝等各类天然纤维，或者涤纶、锦纶、晴纶、丙纶、维纶等各类常用化学纤维，或者UHMWPE、芳纶、聚酰亚胺等高性能纤维，或者前述各类纤维的混纺或交织纺织品，不具有导电性能。

在一个优选的实施例中，烫金纸烫金，是指将正方形环状周期结构或圆形环状周期结构作为花型，在烫金机压辊上刻制出结构花型，通过凹版印花方式将烫金纸上固化的烫金浆转印至纺织品基体上；或者根据周期结构花型，制作网版，将烫金浆网印制至纺织品基体上。烫金浆具有一定的导电性，由此获得了由导电区域和非导电区域构成的环状周期结构且具有频率选择透通性的纺织品。

在一个优选的实施例中，局部化学镀或磁控溅射，是指根据将正方形环状周期结构或圆形环状周期结构及尺寸要求，将织物基体上的非导电区域进行掩膜，然后进行化学镀或磁控溅射获得导电区域，由此获得了由导电和非导电区域构成的环状周期结构且具有频率选择透通性的纺织品。

在一个优选的实施例中，导电涂料印花，是指根据将正方形环状周期结构或圆形环状周期结构及尺寸要求，设计圆网或平网印花花辊，将含有铜粉、银粉、铝粉或铜包银粉等导电粉体涂料，印制到纺织品基体上，由此获得由导电和非导电区域构成的环状周期结构且具有频率选择透通性的纺织品。

综上，本实用新型的基于环状周期结构的纺织品可以应用于服装、窗帘及墙体装饰织物等。当本实用新型的纺织品用于服装时，需要将该纺织品按照服装尺寸要求，裁剪成片，缝制成服装，至少要保证一个完整的后背片和门襟重合的前片，沿最短尺寸的一个方形包含的环状周期结构单元的数量不低于10个。或者将该织物作为衬里，贴合在外层织物上，用以保护安装有心脏起搏器的人群，并不影响其手机通信。当本实用新型的纺织品用于窗帘和墙体装饰物时，由于窗帘和墙体装饰物尺寸较大，只需要将该织物依据窗帘尺寸或装饰物尺寸进行裁剪即可制备得到。

下面通过具体实施例说明本实用新型基于环状周期结构的纺织品的频率选择透通性。

实施例1：

本实施例以普通涤/棉70/30织物作为基材，经纬纱支146dtex×146dtex，采用经纬密度为318×251根/10cm，平方米重为200g/m²。采用正方形环状周期结构，正方形环状周期结构单元如图2(a)所示，具体尺寸为D＝45mm、d＝44mm、a＝0.5mm。根据该结构和尺寸，环状周期结构单元阵列排布，制备尺寸为62cm×150cm的圆网。采用导电银浆，电导率为6.10×10⁷S/m，将导电银浆通过圆网印制到涤/棉基材上，180℃烘干，即获得印制有正方形环状结构、导电区域和非导电区域周期排列的纺织品。如图3所示，该纺织品的谐振点在0.9～1.0GHz。将该纺织品进行裁剪缝制，单个裁片包含12个环状周期结构单元，制备得到服装，该服装可通过0.9～1.0GHz的手机通信频率，而截止其它频率电磁波。

实施例2：

本实施例以平纹组织的涤纶织物为基材，经纬纱支均为389dtex/144f，经纬密为234×210根/10cm，平方米重为197g/m²。采用圆形环状周期结构，环状周期结构单元如图2(b)所示，结构尺寸为D＝50mm、d＝48mm、a＝1mm。将该结构在烫金机压辊上刻制凹凸图案，压辊图案的凸出部分与圆环环状结构中的金属层相一致。选取市售16μm厚度的烫金纸，将其载体薄膜面向上，转移层向下与布料基底紧贴，采用圆压平烫、转移印花工艺，其中加热温度160℃、压力5kg/cm²，烫印时间10s。烫金纸中的电镀层(电导率为5×10⁶S/m)按设计的图案转印至纺织品上，即获得印制有圆形环状结构、导电区域和非导电区域周期排列的纺织品。如图4所示，该纺织品的谐振点在0.9～1.0GHz，谐振处电磁波反射系数为-23.91dB。将该织物根据窗帘尺寸进行裁剪，单个裁片包含40个环状周期结构单元，可制备得到窗帘织物，通过0.9～1.0GHz的手机通信频率，而截止其它频率电磁波。

实施例3：

本实施例以尼龙织物为基材，经纬纱支为83dtex/72f×167dtex/144f，经纬密为234×210根/10cm，平方米重为120g/m²。采用圆形环状周期结构，环状周期结构单元如图2(b)所示，周期结构尺寸为D＝39mm、d＝38mm、a＝0.5mm。根据该结构制备掩膜，其中，导电区域均镂空。将掩膜贴在织物基材上，进行真空磁控溅射，溅射过程中，被掩膜遮盖的部分不能溅射有金属，为非导电区域。采用铜靶和镍靶，先进行铜靶溅射，再进行镍靶溅射，获得的导电区域电导率为10⁵S/m。由此获得具有圆形环状周期结构的纺织品，如图5所示，该纺织品谐振点为1.9GHz，谐振处反射系数为-19.79dB。将该纺织品根据窗帘尺寸进行裁剪，单个裁片包含50个环状周期结构单元，可制备得到窗帘织物，通过1.8～2.0GHz的手机通信频率，而截止其它频率电磁波。

实施例4：

本实用新型以聚乙烯/涤纶混纺织物为基材，经纬纱支为83dtex/72f×167dtex/144f，经纬密为234×210根/10cm，平方米重为120g/m²。采用正方形环状周期结构，如图1(a)所示，周期结构尺寸为D＝44mm、d＝40mm、a＝2mm。根据该结构制备掩膜，其中，导电区域均镂空。将掩膜贴在织物基材上，进行铜镍复合化学镀，获得的导电区域电导率为10⁴S/m。化学镀过程中，被掩膜遮盖的部分为非导电区域。由此获得具有图1所示正方形环状周期结构的纺织品。如图6所示，该纺织品谐振点为2.1GHz,谐振处反射系数为-41.47dB。将该织物根据墙体装饰织物尺寸进行裁剪，单个裁片包含25个环状周期结构单元，可制备得到墙体装饰织物，通过1.8～2.1GHz的手机通信频率，而截止其它频率电磁波。

实施例5：

本实用新型以涤/棉混纺织物为基材，经纬纱支均为97×2dtex，经纬密为200×180根/10cm，平方米重为180g/m²。采用正方形环状周期结构，环形周期结构单元如图2(a)所示，尺寸为D＝30mm、d＝29mm、a＝0.5mm。根据该结构制备丝网，其中，导电区域为漏浆部分。以此丝网作为印版，将购买的市售烫金导电浆料(电导率为10⁶S/m)，刮印到织物基材上，150℃温度下烘干。由此获得具有图1(a)所示正方环形周期结构的织物，如图7所示，该织物谐振点为2.3GHz,谐振处反射系数为-25.16dB。将该纺织品根据尺寸进行裁剪，单个裁片包含至少20个环状周期结构单元，可制备得到服装、窗帘或墙体装饰织物，通过2.3～2.6GHz的手机通信频率，而截止其它频率电磁波。

实施例6：

本实用新型以毛涤混纺哔叽为织物基材，其中毛涤混纺比例为70/30，纱支为160D×2/160D×2，经纬密为371×345根/10cm，克重为250g/m²。采用圆形环状周期结构，如图1(b)所示，结构尺寸D＝50mm、d＝36mm、a＝2mm。将这些结构密排，刻制印花平网。购买市售导电印花涂料(电导率为10⁵S/m)，通过平网印花，将复合尺寸要求的环形周期结构印制到基材上，160℃烘干，即获得印制有圆环形周期结构、导电和非导电区域周期排列的纺织品。该纺织品的谐振点在2.1～2.3GHz，如图8所示，谐振处反射系数-28.31dB。将该纺织品进行裁剪缝制，单个裁片包含至少12个周期结构单元，可制备得到服装或墙体装饰织物，可通过2.3～2.6GHz的手机通信频率，而截止其它频率电磁波。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种基于环状周期结构的纺织品，用于可选择性透过手机信号、截止其它频率电磁波，其特征在于，该纺织品包括由导电区域和非导电区域构成的环状周期结构；所述非导电区域互不连通，所述非导电区域采用正方形环状非导电结构或圆形环状非导电结构，与相应的导电结构一起构成正方形环状周期结构单元或圆形环状周期结构单元；

每一所述正方形环状周期结构单元为边长为D的正方形区域，所述正方形区域内部设置有外环边长为d、内环边长为d-2a的正方形环状非导电结构，所述正方形区域内除去所述正方形环状非导电结构余下部分为导电结构，其中，D为30～48mm，d为29～45mm，所述正方形环状非导电结构的宽度a为0.5～2mm，若干个所述正方形环状周期结构单元阵列排布形成正方形环状周期结构；

每一所述圆形环状周期结构单元为边长为D的正方形区域，所述正方形区域内设置有外径为d、内径为d-2a的圆形环状非导电结构，所述正方形区域内除去所述圆形环状非导电结构余下部分为导电结构，其中，D为33～50mm，d为32～48mm，所述圆形环状非导电结构的宽度a为0.5～2mm，若干个所述圆形环状周期结构单元阵列排布圆形环状周期结构。

2.如权利要求1所述的基于环状周期结构的纺织品，其特征在于，所述导电区域均为转印、涂层或镀覆的金属层，所述金属层包括银、铜、锌、铝、铁镍和铜镍复合一种或多种金属的复合涂层或镀层；或所述金属层采用金属或金属化纤维纱线织造而成。

3.如权利要求1所述的基于环状周期结构的纺织品，其特征在于，所述导电区域的电导率不低于10⁴S/m。

4.如权利要求1所述的基于环状周期结构的纺织品，其特征在于，所述非导电区域采用常规纺织品，即所述常规纺织品由棉、麻、毛、真丝各类天然纤维所构成的各类纺织品，或者由涤纶、锦纶、晴纶、丙纶或维纶构成的各类纺织品，或者由UHMWPE、芳纶或聚酰亚胺所构成的各类纺织品；或者由前述各类纤维的混纺或交织纺织品。