专利名称：一种“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于电磁波屏蔽材料技术领域，具体涉及一种“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合 材料及其制备方法。
背景技术：
随着信息技术的飞速发展，计算机网络、信息处理设备、电子通信设备及各种电器 设备作为信息技术的载体已在各个行业广泛应用；电磁信号，由于其易受外界电磁干扰而 出现动作失误，从而带来严重后果。从电磁信号泄露失密方面而言，无论军事机密或是商 业机密，通过电磁波的泄露，都会给相关单位造成极大的损失，为此必须采取相应的屏蔽措 施；从预防电磁波污染来讲，现在对各种电磁污染危害的防护已引起环保部门和有关方面 的高度重视，屏蔽电磁污染使其限定在一定区域，已成为环保领域最为活跃的研究课题之
ο“金属/非金属”复合功能材料是一类性能优异的电磁波屏蔽材料，它是在非金属 材料表面镀覆一层薄薄的、致密的高导电金属，使非金属材料由绝缘变为导电。通过对非金 属材料表面的金属化，使非金属材料在保留原有力学性能的基础上又具有了金属材料良好 的导电性能。“绿色材料”是未来材料科技发展的主流，而“铜/秸秆”复合材料符合这一特 征。“金属/非金属”复合材料中的金属材料种类有金、银、铜、镍、钴等，非金属材 料主要有亚麻、木材、棉花、蚕丝、玻璃纤维、碳纤维、聚合物材料等。(须贺和宏等，电 磁波屏蔽建材及其制造方法，申请号/专利号01134986. 7 ；李金明等，一种电磁波屏蔽 材料，申请号/专利号2009201^040. 0 ；吉田太郎等，电磁波屏蔽材料及其制造方法， 申请号/专利号03816438. 8 ；冈田淳等，电磁波屏蔽材料以及其制造方法，申请号/专 利号200580016522.X;夏祥华等，一种电磁波屏蔽材料的制备方法，申请号/专利号 200710015898. X。)“金属/非金属”复合材料的制备方法是在非金属材料表面镀覆一层金属层，镀覆 金属层的方法有化学气相沉积、真空蒸镀、喷涂、离子溅射、电镀、化学镀等。由于非金属材 料表面不规整，以及本身不导电(碳纤维除外)，通常使用化学镀的方法获得包覆完整的金 属层。化学镀技术是在金属的催化作用下，通过可控制的氧化还原反应产生金属的沉积 过程。与电镀相比，化学镀技术具有镀层均勻、针孔小、不需直流电源设备、能在非导体上沉 积等特点。另外，由于化学镀技术废液排放少，对环境污染小以及成本较低，在许多领域已 逐步取代电镀，成为一种环保型的表面处理工艺。本发明将秸秆作为基材，利用化学镀在其表面镀覆金属铜膜，用于电磁波屏蔽，在 国内外尚属首次。本发明制备的复合材料，铜膜与基材之间通过金属键及化学键连接，极大 的增强了彼此间的粘合力，使得镀层更牢固，复合材料的使用寿命更长，电磁波屏蔽效果更 好。
发明内容
本发明提出一种“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料及其制备方法，复合材料由秸秆 及覆盖在秸秆表面的铜膜组成。复合材料的具体制备方法为将秸秆表面进行改性，引入活 性基团巯基或氨基，通过自组装反应，吸附银纳米颗粒，银纳米颗粒与秸秆之间通过化学键 连接，然后催化化学镀铜，使得铜镀层与秸秆表面之间通过Cu-Ag金属键及Ag-S或Ag-N化 学键相连接；由于铜镀层是原位生成，且与秸秆表面是金属键及化学键作用力，使得铜镀层 与秸秆之间的剥离强度极大提高。本发明提出的“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料的制备方法，其具体步骤为1)清洁秸秆将秸秆漂洗、烘干；2)秸秆表面改性将清洁后的秸秆浸泡在硅烷偶联剂溶液中3 5分钟，取出，烘 干；3)秸秆表面活化将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出 洗净；4)化学镀铜将活化后的秸秆浸泡在铜化学镀液中，于室温化学镀5 30分钟， 取出洗净，烘干，制得“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料。本发明中，所用的秸秆为麦秸秆、稻秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆中的任意一种。本发明中，铜膜/秸秆的重量比为1/3 1/10。本发明中，硅烷偶联剂溶液的溶质为3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙 氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的任意一种；溶剂为 甲醇、乙醇、异丙醇、1-丁醇或丙酮中的任意一种；硅烷偶联剂溶液的质量浓度为0.01% 5%。本发明中，银纳米粒子溶胶溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质为硝 酸银(浓度0. 02g/L)、柠檬酸钠(浓度0. 04g/L)、硼氢化钠(0. 01g/L)。本发明中，铜化学镀液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质为硫酸铜(浓 度10 15g/L)、硫酸镍(浓度1. 5 2g/L)、酒石酸钠钾(浓度50 70g/L)、碳酸钠(浓 度7. 5 10g/L)、氢氧化钠(浓度10 12g/L)、葡萄糖(浓度18 20g/L)。由于铜镀层与秸秆表面通过金属键及化学键相连接，且原位生成，本发明制备的 “铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料具有高剥离强度、高导电性、高电磁波屏蔽效能等优点，能 通过3M公司思高 胶带的测试；“铜/秸秆”复合材料在0. 15 1050MHz的范围内，电磁波 屏蔽效能大于40dB，即电磁波防辐射率大于99. 99% ；该复合材料成本低廉、制作工艺简单， 可广泛用于建筑物墙体大面积的电磁屏蔽，以及精密仪器外包装电磁屏蔽等，具有极大的 市场前景和应用价值。本发明的另一个优点是，秸秆材料来源广泛、可再生，不排放任何废气，没有任何 毒害物生成，可有效提高土地产出率，促进循环经济发展。
图1为“铜/秸秆”复合材料的扫描电镜照片。
具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本发明实施例1将重量为3g的麦秸秆用去离子水洗净，烘干，置于浓度为0. 01 %的3-氨基丙基三 甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡5分钟，取出，用乙醇淋洗，烘干，得表面改性的麦秸秆。将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净，得表面活化 的麦秸秆。将硫酸铜(IOg)、硫酸镍(1.5g)、酒石酸钠钾(50g)、碳酸钠(7.5g)、氢氧化钠 (IOg)、葡萄糖(18g)溶于500mL去离子水中，溶解完毕，添加去离子水，至溶液体积为1L，得 铜化学镀液。将表面活化的麦秸秆置于上述镀液中，室温化学镀10分钟，取出，用水洗净，烘 干，得“铜/秸秆”复合材料，铜膜/秸秆的重量比为1/10 ；经3M公司思高 胶带测试合格； 经频谱分析仪测试，电磁波屏蔽效能在0. 15 1050MHz的范围内大于40dB。实施例2将重量为3g的稻秸秆用去离子水洗净，烘干，置于浓度为0. 05%的3-氨基丙基三 乙氧基硅烷的甲醇溶液中，浸泡3分钟，取出，用甲醇淋洗，烘干，得表面改性的稻秸秆。将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净，得表面活化 的稻秸秆。将硫酸铜(15g)、硫酸镍Qg)、酒石酸钠钾(70g)、碳酸钠(IOg)、氢氧化钠(12g)、 葡萄糖(20g)溶于500mL去离子水中，溶解完毕，添加去离子水，至溶液体积为1L，得铜化学镀液。将表面活化的稻秸秆置于上述镀液中，与室温化学镀30分钟，取出，用水洗净，烘 干，得“铜/秸秆”复合材料，铜膜/秸秆的重量比为3/10 ；经3M公司思高 胶带测试合格； 经频谱分析仪测试，电磁波屏蔽效能在0. 15 1050MHz的范围内大于40dB。实施例3将重量为IOg的玉米秸秆用去离子水洗净，烘干，置于浓度为5%的3-巯基丙基三 甲氧基硅烷的丙酮溶液中，浸泡5分钟，取出，用丙酮淋洗，烘干，得表面改性的玉米秸秆。将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净，得表面活化 的玉米秸秆。将硫酸铜(IOg)、硫酸镍(1.5g)、酒石酸钠钾(50g)、碳酸钠(IOg)、氢氧化钠 (12g)、葡萄糖(20g)溶于500mL去离子水中，溶解完毕，添加去离子水，至溶液体积为1L，得 铜化学镀液。将表面活化的玉米秸秆置于上述镀液中，与室温化学镀5分钟，取出，用水洗净， 烘干，得“铜/秸秆”复合材料，铜膜/秸秆的重量比为1/8 ；经3M公司思高 胶带的测试合 格；经频谱分析仪测试，电磁波屏蔽效能在0. 15 1050MHz的范围内大于40dB。实施例4将重量为15g的棉花秸秆用去离子水洗净，烘干，置于浓度为2. 5%的3-巯基丙基 三乙氧基硅烷的1-丁醇溶液中，浸泡5分钟，取出，用1-丁醇淋洗，烘干，得表面改性的棉花禾吉秆。将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净，得表面活化 的棉花秸秆。将硫酸铜(12g)、硫酸镍Qg)、酒石酸钠钾(60g)、碳酸钠(8g)、氢氧化钠(Ilg)、葡 萄糖(20g)溶于500mL去离子水中，溶解完毕，添加去离子水，至溶液体积为1L，得铜化学镀液。将表面活化的棉花秸秆置于上述镀液中，与室温化学镀25分钟，取出，用水洗净， 烘干，得“铜/秸秆”复合材料，铜膜/秸秆的重量比为1/3 ；经3M公司思高 胶带的测试合 格；经频谱分析仪测试，电磁波屏蔽效能在0. 15 1050MHz的范围内大于40dB。实施例5将重量为IOg的大豆秸秆用去离子水洗净，烘干，置于浓度为的3-巯基丙基三 甲氧基硅烷的异丙醇溶液中，浸泡5分钟，取出，用异丙醇淋洗，烘干，得表面改性的大豆秸 秆。将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净，得表面活化 的大豆秸秆。将硫酸铜(Ilg)、硫酸镍(1. 8g)、酒石酸钠钾(65g)、碳酸钠(9g)、氢氧化钠(12g)、 葡萄糖(20g)溶于500mL去离子水中，溶解完毕，添加去离子水，至溶液体积为1L，得铜化学镀液。将表面活化的大豆秸秆置于上述镀液中，与室温化学镀25分钟，取出，用水洗净， 烘干，得“铜/秸秆”复合材料，铜膜/秸秆的重量比为1/3 ；经3M公司思高 胶带的测试合 格；经频谱分析仪测试，电磁波屏蔽效能在0. 15 1050MHz的范围内大于40dB。实施例6将重量为3g的麦秸秆用去离子水洗净，烘干，置于浓度为0. 5%的3-巯基丙基三 甲氧基硅烷的丙酮溶液中，浸泡3分钟，取出，用丙酮淋洗，烘干，得表面改性的麦秸秆。将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净，得表面活化 的麦秸秆。将硫酸铜(Ilg)、硫酸镍(1.8g)、酒石酸钠钾(65g)、碳酸钠(9g)、氢氧化钠(1 )、 葡萄糖(20g)溶于500mL去离子水中，溶解完毕，添加去离子水，至溶液体积为1L，得铜化学镀液。将表面活化的麦秸秆置于上述镀液中，与室温化学镀20分钟，取出，用水洗净，烘 于，得“铜/秸秆”复合材料，铜膜/秸秆的重量比为1/4 ；经3M公司思高@胶带的测试合格； 经频谱分析仪测试，电磁波屏蔽效能在0. 15 1050MHz的范围内大于40dB。
权利要求
1.一种“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料，其特征在于该复合材料由秸秆及覆盖在秸 秆表面的铜膜组成，具体为将秸秆表面进行改性，引入活性基团巯基或氨基，通过白组装反 应，吸附银纳米颗粒，银纳米颗粒与秸秆之间通过化学键连接，然后催化化学镀铜，使得铜 镀层与秸秆表面之间通过Cu-Ag金属键及Ag-S或Ag-N化学键相连接；由于铜镀层是原位 生成，且与秸秆表面是金属键及化学键作用力，使得铜镀层与秸秆之间的剥离强度极大提 高，形成“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料。
2.一种如权利要求1所述的“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于 具体步骤如下1)清洁秸秆将秸秆漂洗、烘干；2)秸秆表面改性将清洁后的秸秆浸泡在硅烷偶联剂溶液中3 5分钟，取出，烘干；3)秸秆表面活化将改性后的秸秆放入银纳米粒子溶胶溶液中，放置1小时，取出洗净；4)化学镀铜将活化后的秸秆浸泡在铜化学镀液中，于室温化学镀5 30分钟，取出 洗净，烘干，制得“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料；其中，秸秆为麦秸秆、稻秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆或棉花秸秆中的任意一种； 其中，铜膜/秸秆的重量比为1/3 1/10 ；其中，硅烷偶联剂溶液的溶质为3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅 烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的任意一种；溶剂为甲醇、乙 醇、异丙醇、1-丁醇或丙酮中的任意一种；硅烷偶联剂溶液的质量浓度为0.01% 5% ； 其中，银纳米粒子溶胶溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为 硝酸银浓度0. 02g/L ； 柠檬酸钠浓度0. 04g/L ； 硼氢化钠0. 01g/L ；其中，铜化学镀液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为硫酸铜浓度10 15g/L ；硫酸镍浓度1.5 2g/L;酒石酸钠钾浓度50 70g/L ；碳酸钠浓度7. 5 10g/L ；氢氧化钠浓度10 12g/L ；葡萄糖浓度18 20g/L。
全文摘要
本发明属于电磁波屏蔽材料技术领域，涉及一种“铜/秸秆”电磁波屏蔽复合材料及其制备方法。本发明提出的复合材料是将铜膜镀覆在秸秆上，具体步骤包括秸秆洗净、浸入硅烷偶联剂溶液、烘干、银纳米粒子活化、化学镀铜等；复合材料的铜膜与秸秆基材的粘附性好，能通过3M公司思高胶带的测试；“铜/秸秆”复合材料在0.15～1050MHz的范围内，电磁波屏蔽效能大于40dB，即电磁波防辐射率大于99.99％；该复合材料成本低廉、制作工艺简单，可广泛用于建筑物墙体大面积的电磁屏蔽，以及精密仪器外包装电磁屏蔽等，具有极大的市场前景和应用价值。
文档编号B32B9/04GK102121100SQ2011100291
公开日2011年7月13日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者吕银祥, 顾隽婕 申请人:复旦大学