TWI594690B - 具電磁波屏蔽效果的導電海綿的製備方法 - Google Patents

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具電磁波屏蔽效果的導電海綿的製備方法
本發明是有關於一種導電海綿的製備方法，且特別是有關於一種具有電磁波遮蔽功能的導電海綿的製備方法。
日常生活所使用的多種電子產品，例如手機、筆記型電腦、平板電腦等等裝置的內部電子元件上通常會貼上導電海綿，以達到防靜電、防電磁干擾和減少電磁輻射的目的。導電海綿較佳是具有良好的彈性、低傳導阻抗以及良好的接地性能。隨著電子產品的輕小化發展趨勢，導電海綿較佳可具有任意的尺寸。
一般導電海綿的製造方法有以下兩種。首先，可以於海綿基體的發泡製作過程中加入導電材料。然而，這種作法因為工藝複雜難以大量生產。另外，可以使用化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)製程或是物理氣相沉積(physical vapor deposition,PVD)製程於海綿基體上覆蓋鎳或銅等金屬。然而，化 學氣相沉積製程易造成汙染問題，多已停止使用。物理氣相沉積製程於需真空條件下進行，且金屬靶材消耗高，故製作成本高昂。而且，海綿基體的厚度太大時，鍍覆物(如鎳或銅)難以深入海綿基體的內部，鍍透率不佳，故以物理氣相沉積製程製作的導電海綿有厚度上的限制。
本發明提供一種導電海綿的製備方法，其製程簡單而且可以製作任意厚度的導電海綿。
本發明的導電海綿的製備方法包括以下步驟。首先，將一海綿基體進行前處理步驟並浸入一金屬離子溶液後取出。對浸泡過金屬離子溶液的海綿基體進行一第一乾燥程序。將已完成第一乾燥程序後的海綿基體浸入一奈米碳材料溶液後取出。對浸泡過奈米碳材料溶液的海綿基體進行一第二乾燥程序。
本發明的一實施例中，海綿基體的材料包括三聚氰胺(Melamine)、聚氨酯(Polyurethane)或其他高分子聚合物成分組成之海綿基體材料。
本發明的一實施例中，金屬離子溶液包括銀離子溶液、鎳離子溶液、鐵離子溶液或鈷離子溶液。
本發明的一實施例中，金屬離子溶液包括硝酸銀溶液、硝酸鎳溶液或其他金屬化合物溶液。
本發明的一實施例中，奈米碳材料溶液的溶質包括碳 黑、奈米碳管、石墨烯或碳氣凝膠等。
本發明的一實施例中，在將海綿基體浸入金屬離子溶液之前，更包括進行一敏化處理。
本發明的一實施例中，在進行敏化處理後且將海綿基體浸入金屬離子溶液之前，更包括進行一活化處理。
本發明的一實施例中，在進行完第二乾燥程序之後，更包括將已浸泡過奈米碳材料溶液的海綿基體浸入一聚二甲基矽氧烷溶液後再取出。
本發明的一實施例中，在進行完第二乾燥程序之後，更包括進行一耐熱膠包覆程序，以一耐熱膠將海綿基體包覆住。
基於上述，本發明實施例的導電海綿可透過浸泡以及乾燥程序製作完成，故製程簡單且製備成本低。而且，透過浸泡的方法，導電材料如金屬與奈米碳材料可以深入海綿基體內部且均勻地分佈，故透過本發明實施例的製備方法所製得的導電海綿鍍透率佳而不易有厚度上的限制。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
S100、S110、S120、S130、S140、S150、S160‧‧‧步驟
圖1為本發明一實施例的導電海綿的製備流程示意圖。
圖1為本發明一實施例的導電海綿的製備流程示意圖。請參照圖1，進行步驟S100，提供一海綿基體並且選擇性地對海綿基體進行一些前處理，例如一蝕刻清洗處理、一敏化處理以及一活化處理。海綿基體一種是內部具有極多孔洞的材質。海綿基體的材料包括三聚氰胺(Melamine)、聚氨酯(Polyurethane)或其他高分子聚合物成分組成之海綿基體材料。
詳細而言，可先透過一蝕刻溶液，對海綿基體進行蝕刻，藉以去除海綿基體表面(包含內部與外部)上所附著的雜質。接著，再以水清洗海綿基體。蝕刻溶液例如是硫酸溶液、鹽酸溶液或其他酸性溶液。
之後，可對海綿基體進行一敏化處理(sensitizing process)。敏化處理係利用具還原作用的金屬鹽溶液處理海綿基體，並使該金屬離子位於蝕刻後之海綿基體表面。詳細而言，將清洗過的海綿基體浸泡到一敏化溶液中，其中敏化溶液例如是體積比為1：2.5的氯化錫(SnCl2)與鹽酸(HCl)的混合溶液。當海綿基體浸泡在上述混合溶液時，錫離子會附著在海綿基體內部孔洞的表面上以及外部表面上。錫離子可在後續的處理中進行離子交換，以利活化處理的進行。
之後，可對海綿基體進行一活化處理(activation process)。活化處理係利用貴金屬鹽溶液對海綿基體進行離子交換，以使海綿基板表面上鍵結著活化離子以作為催化中心。將敏 化後的海綿基體浸泡到一活化溶液中，其中活化溶液例如是體積比為1：10的硝酸銀(AgNO3)與氨水(NH3NO3)混合溶液，此時，銀離子可與海綿基體中的錫離子置換，以使海綿基體的表面上鍵結著銀離子，此步驟將有助於接下來使金屬(例如為銀)鍍於海綿基體上的進行。
在另一實施例中，活化溶液也可以是體積比為1：10的硝酸鎳(NiNO3)與氨水混合溶液，此時，鎳離子可與海綿基體中的錫離子置換，以使海綿基體上鍵結著鎳離子，此步驟將有助於接下來使金屬(例如為鎳)鍍於海綿基體上的進行。
在其他實施例中，活化溶液可使用不同金屬離子溶液，例如是包含鐵離子、鈷離子等磁性金屬離子的溶液。換言之，活化溶液的金屬離子種類可視後續要鍍在海綿基體上之金屬的種類而定。上述實施例僅為舉例說明，並非用以限定本發明。
接著，進行步驟S110，將海綿基體浸入一金屬離子溶液後取出。在本實施例中，活化溶液例如為硝酸銀與氨水混合溶液，金屬離子溶液例如是硝酸銀溶液。在其他實施例中，金屬離子溶液包括硝酸鎳溶液或是其他欲鍍金屬的溶液。浸泡的金屬離子溶液之濃度與時間並無一定基準，本領域具有通常知識者可依據海綿基體的種類以及厚度大小以及金屬離子溶液的濃度來決定浸泡時間。在浸泡時，海綿基體上將逐漸鍍上金屬，以使海綿基體內部孔洞表面上以及外部表面上有金屬材料的存在。
接著，進行步驟S120，對浸泡過金屬離子溶液的海綿基 體進行一第一乾燥程序。詳細而言，可將上述的海綿基體放置在烘箱中進行烘烤，以將前述金屬離子溶液的溶劑移除，其例如是使海綿基體的重量減少5重量百分比。當然，本發明並不限定乾燥程序必須使用烘烤步驟，在其他實施例中，乾燥程序也可以是風吹或是靜置揮發。
接著，進行步驟S130，將已完成第一乾燥程序的海綿基體浸入一奈米碳材料溶液後取出。詳細而言，奈米碳材料溶液的溶質例如是具有導電性的碳材料，包括碳黑、奈米碳管、石墨烯或碳氣凝膠。奈米碳材料溶液的濃度例如是介於0.1重量百分比至10重量百分比之間。浸泡時間約為1至3分鐘。但本發明不限於此，本領域具有通常知識者可以海綿基體的種類以及厚度大小以及奈米碳材料溶液的濃度來決定浸泡時間。在浸泡時，奈米碳材料將逐漸吸附於海綿基體內部孔洞表面以及外部表面上，因此海綿基體上將鍍有金屬以及奈米碳材料，藉此使海綿基體上形成複合材料。
接著，進行步驟S140，對浸泡過奈米碳材料溶液的海綿基體進行一第二乾燥程序。詳細而言，可將上述的海綿基體放置在烘箱中進行烘烤，以將前述金屬離子溶液的溶劑移除，其例如是使海綿基體的重量減少5重量百分比。當然，本發明並不限定乾燥程序必須使用烘烤步驟，在其他實施例中，乾燥程序也可以是風吹或是靜置。
至此，已初步完成具有複合材料的導電海綿的製作，其 中導電海綿的表面具有金屬材料以及奈米碳材料。金屬材料具有良好的電子傳輸能力，有助於將電子傳遞至存在於金屬材料表面的奈米碳材料。奈米碳材料在接收電磁波能量後，此能量將與奈米碳材料的共軛結構產生交互作用，故奈米碳材料會因此產生振動而將電磁波能量轉換成熱能後逸散。在金屬材料與奈米碳材料的共同作用下，電磁波雜訊可被導電海綿吸收消散。此外，藉由海綿基體本身所具有的多孔性，經前述處理後使海綿基體以多重反射機制達到屏蔽電磁波能量作用。
在前述步驟中，主要是使用浸泡以及烘乾程序來製作導電海綿，因此製程相當簡單。而且，使用浸泡程序可以讓上述材料深入海綿基體內部，故不受海綿基體之厚度限制，可製作出任意尺寸的導電海綿。
此外，更可以選擇性地進行步驟S150，將已完成第二乾燥程序後的海綿基體浸入一聚二甲基矽氧烷(poly(dimethylsiloxane),PDMS)溶液後取出。聚二甲基矽氧烷溶液的濃度約為0.1至10重量百分比。聚二甲基矽氧烷溶液可以強化奈米碳材料在海綿基體骨架上的黏附力，使其柔軟化而具有彈性。接著，可藉由一第三乾燥程序將上述海綿基體烘乾。
接著，選擇性地進行步驟S160，進行一耐熱膠包覆程序，以一耐熱膠將上述海綿基體包覆住，以發揮保護海綿基體之功能。
綜上所述，本發明導電海綿的表面具有金屬材料以及奈米碳材料。金屬材料將電子傳遞至吸收於金屬材料表面的奈米碳 材料，且奈米碳材料可在吸收電磁波能量後產生振動而將電磁波能量轉換成熱能後逸散，且經前述處理之海棉基體更具有多重反射機制，因此，在金屬材料與奈米碳材料的共同作用下，導電海綿可具有良好的電磁波遮蔽作用。導電海綿更具有可壓縮性以及可彎折等優點。
此外，本發明的導電海綿的製備方法中，主要是使用浸泡以及烘乾程序來製作導電海綿，因此製程相當簡單而無須使用過於複雜的設備，因此製作成本低。而且適於大批量的生產，更無須考慮污染以及設備成本等問題。此外，使用浸泡程序可以提高金屬材料以及奈米碳材料的鍍透率，而不受海綿基體之厚度限制。如此，將可製作出任意尺寸的導電海綿。
S100、S110、S120、S130、S140、S150、S160‧‧‧步驟

Claims (9)

  1. 一種導電海綿的製備方法，包括：將一海綿基體浸入一金屬離子溶液後再取出；對浸泡過該金屬離子溶液的該海綿基體進行一第一乾燥程序；將已完成第一乾燥程序後的該海綿基體浸入一奈米碳材料溶液後再取出；以及對浸泡過奈米碳材料溶液的該海綿基體進行一第二乾燥程序。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的導電海綿的製備方法，其中該海綿基體的材料包括三聚氰胺或聚氨酯。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的導電海綿的製備方法，其中該金屬離子溶液包括銀離子溶液、鎳離子溶液、鐵離子溶液或鈷離子溶液。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的導電海綿的製備方法，其中該金屬離子溶液包括硝酸銀溶液、硝酸鎳溶液或硝酸銅溶液。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的導電海綿的製備方法，其中該奈米碳材料溶液的溶質包括碳黑、奈米碳管、石墨烯或碳氣凝膠。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的導電海綿的製備方法，其中在將該海綿基體浸入該金屬離子溶液之前，更包括進行一敏化處理。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的導電海綿的製備方法，其中在進行該敏化處理後且將該海綿基體浸入該金屬離子溶液之前，更包括進行一活化處理。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的導電海綿的製備方法，其中在進行完該第二乾燥程序之後，更包括將已浸泡過該奈米碳材料溶液的該海綿基體浸入一聚二甲基矽氧烷溶液後再取出。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的導電海綿的製備方法，其中在進行完該第二乾燥程序之後，更包括進行一耐熱膠包覆程序，以一耐熱膠將該海綿基體包覆住。
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