一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜及其制备方法

本发明涉及电磁屏蔽材料，具体是一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、电子通信技术的快速发展和电子设备的广泛应用，在极大方便社会生产生活的同时，也产生了严重的电磁辐射污染。电磁辐射对电子设备和人体健康都非常有害。近年来电子设备朝着轻量化、小型化、柔性化和高密度集成化方向发展，灵敏度不断提高，极易受到外界电磁波的干扰，电磁防护尤为重要，所以对电磁屏蔽材料提出了越来越高的要求。

2、传统的金属电磁屏蔽材料虽然具有优异的屏蔽效能，但是其存在密度高、柔韧性差、耐腐蚀性差和成本高等缺点，极大地限制了其在电磁屏蔽领域的实际应用。而柔性导电聚合物复合材料由于其具有低密度、高柔韧性、耐腐蚀和易加工等优点，使其在电磁屏蔽材料领域备受关注。具有高导电性的轻质柔性复合薄膜被认为是一种有效的电磁屏蔽材料。柔性基体材料主要包括wpu、pdms、sebs、tpu、pei、pmma、pet和pva等。导电填料主要包括银纳米线、mxene、碳纳米管、石墨烯、碳纤维、pedot:pss、聚吡咯和聚苯胺等。

3、其中，碳纳米管不仅导电性良好、力学性能优异，而且具有质量轻、大长径比、以吸收电磁波为主导等优点，被认为是制备高性能电磁屏蔽复合薄膜的理想填料。然而，当碳纳米管的含量较高时，由于碳纳米管之间存在较强的范德华力，使其极易缠结或团聚成束，从而影响碳纳米管对复合薄膜的增强效果，限制碳纳米管在电磁屏蔽材料领域的应用。因此，如何使碳纳米管在基体中均匀稳定分散，提高复合薄膜的导电性、电磁屏蔽性能以及柔韧性，是电磁屏蔽材料技术领域亟需解决的关键问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于解决因碳纳米管在基体中难以均匀稳定分散而导致复合薄膜电导率和电磁屏蔽性能低的问题，提供一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜及其制备方法，通过引入pedot:pss，与碳纳米管一起构建更加完善的导电网络，同时pedot:pss通过非共价相互作用对碳纳米管进行物理吸附和包裹，实现了碳纳米管在基体中均匀稳定分散。本发明充分发挥碳纳米管和pedot:pss之间的协同效应，通过调控碳纳米管和pedot:pss二者的配合比例来实现复合薄膜电导率和电磁屏蔽性能的最优化。本发明的另一目的在于提供一种简便、低成本、绿色环保的方法制备柔性、轻质和自支撑的导电复合薄膜作为柔性电子设备的电磁屏蔽材料。

2、为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、1）将碳纳米管粉末与表面活性剂水溶液混合，超声处理制得碳纳米管悬浮液；

5、2）将掺杂剂加入到pedot:pss水溶液中磁力搅拌至混合均匀；

6、所述掺杂剂的体积分数为5%~6%；

7、所述磁力搅拌过程中：搅拌速率为400~600 r/min，搅拌时间为1~2 h；

8、3）将已掺杂的pedot:pss水溶液和碳纳米管悬浮液混合，磁力搅拌、超声处理制得均匀稳定的pedot:pss/mwcnt分散液；

9、所述碳纳米管和pedot:pss的质量比为1:40~60；

10、4）将pedot:pss/mwcnt分散液与水性聚氨酯溶液混合，磁力搅拌制得均质共混物溶液，将均质共混物溶液涂覆在衬底上，加热烘干，退火至室温，脱膜得到wpu/pedot:pss/mwcnt复合薄膜；

11、所述磁力搅拌过程中：搅拌速率为400~600 r/min，搅拌时间为1~2 h；

12、所述衬底上的涂覆量为400~500 μl；

13、所述加热烘干过程中：温度为50~60 ℃，时间为2~3 h；

14、所述脱膜过程中：使用镊子小心地将复合薄膜从衬底上剥离；

15、所述复合薄膜的厚度为30~60 μm。

16、进一步地，步骤1）中，所述表面活性剂水溶液中的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的任意一种，浓度优选为0.4~3 mg/ml。

17、进一步地，步骤1）中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，长度15~30 μm、管径3~15nm，碳纳米管悬浮液浓度优选为0.5~1 mg/ml。

18、进一步地，步骤1）中，所述超声处理是使用超声波清洗器处理1~4 h，功率为60~80w。

19、进一步地，步骤2）中，所述掺杂剂为乙二醇、二甲基亚砜、离子液体中的任意一种。

20、进一步地，步骤3）中，所述磁力搅拌、超声处理是先进行磁力搅拌0.5~1 h，搅拌速率为400~600 r/min，再进行超声处理0.5~1 h，功率为60~80 w。

21、进一步地，步骤4）中，所述水性聚氨酯为非离子型水性聚氨酯，浓度优选为100~150 mg/ml。

22、进一步地，步骤4）中，所述衬底为刚性衬底包括刚性玻璃或柔性衬底包括柔性pet塑料薄膜。

23、进一步地，步骤4）中，所述涂覆过程包括滴涂、刮涂或旋涂中的任意一种方式。

24、一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜，是使用根据权利要求1~9任一项所述的制备方法得到的用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜。

25、值得说明的是：本发明公开了一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜，该复合薄膜是由一种柔性可拉伸聚合物基体材料水性聚氨酯（wpu）和两种导电填料构成，碳纳米填料是一种兼具优异力学和电学特性的多壁碳纳米管（mwcnt），导电聚合物填料是一种实际应用最成功的聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸盐（pedot:pss），掺杂剂能够提高其导电性。

26、本发明具有以下有益效果：

27、1）本发明制备的复合薄膜具有电导率高、厚度薄、柔韧性好以及电磁屏蔽效能高等优点；

28、2）本发明充分发挥了碳纳米管和pedot:pss之间的协同效应，通过调控碳纳米管和pedot:pss二者的配合比例实现了复合薄膜电导率和电磁屏蔽性能的最优化；

29、3）本发明制备工艺简单易操作、绿色环保，对生产设备要求低，成本低廉，有利于大规模工业化生产和实际应用。

技术特征：

1.一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述表面活性剂水溶液中的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的任意一种，浓度优选为0.4~3 mg/ml。

3.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，长度15~30 μm、管径3~15 nm，碳纳米管悬浮液浓度优选为0.5~1 mg/ml。

4.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述超声处理是使用超声波清洗器处理1~4 h，功率为60~80 w。

5.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述掺杂剂为乙二醇、二甲基亚砜、离子液体中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述磁力搅拌、超声处理是先进行磁力搅拌0.5~1 h，搅拌速率为400~600r/min，再进行超声处理0.5~1 h，功率为60~80 w。

7.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4）中，所述水性聚氨酯为非离子型水性聚氨酯，浓度优选为100~150 mg/ml。

8.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4）中，所述衬底为刚性衬底包括刚性玻璃或柔性衬底包括柔性pet塑料薄膜。

9.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4）中，所述涂覆过程包括滴涂、刮涂或旋涂中的任意一种方式。

10.一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜，其特征在于，是使用根据权利要求1~9任一项所述的制备方法得到的用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜。

技术总结
本发明公开了一种用于电磁屏蔽的柔性导电复合薄膜及其制备方法，属于电磁屏蔽材料技术领域；包括以下步骤：1）将碳纳米管粉末与表面活性剂水溶液混合，超声处理制得碳纳米管悬浮液；2）将掺杂剂加入到PEDOT:PSS水溶液中磁力搅拌至混合均匀；3）将已掺杂的PEDOT:PSS水溶液和碳纳米管悬浮液混合，磁力搅拌、超声处理制得PEDOT:PSS/MWCNT分散液；4）将PEDOT:PSS/MWCNT分散液与水性聚氨酯溶液混合，磁力搅拌制得均质共混物溶液，将其涂覆在衬底上，加热烘干；本发明制备工艺简单、绿色环保，利用PEDOT:PSS不仅提高了MWCNT的分散性，而且构建了更加完善的导电网络，所得柔性导电复合薄膜具有高效的电磁屏蔽性能，厚度薄、柔韧性好，能够满足多种应用场合对电磁屏蔽效能、厚度以及柔韧性的需求。

技术研发人员：马兰超,吴俊凯,谢海滢,曾亚雷,冀程亮,李振刚
受保护的技术使用者：北京石油化工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15