一种电磁屏蔽复合气凝胶及其制备方法和应用与流程

本发明属于电磁屏蔽和电磁防护材料领域，具体涉及一种电磁屏蔽复合气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、轻质电磁屏蔽复合材料是一类具有优异电磁屏蔽性能且重量轻的材料，用于电子设备、通信系统和航空航天等领域中的电磁波屏蔽应用。随着无线通信和电子设备的普及，对于有效屏蔽电磁辐射的需求越来越迫切，而传统的金属屏蔽材料由于重量和成本等方面的限制已不再适应现代需求。因此，轻质电磁屏蔽复合材料应运而生。

2、轻质电磁屏蔽复合材料通常由导电填料和聚合物基体相结合而成。导电填料的选择对复合材料的电磁屏蔽性能起着至关重要的作用。常见的导电填料包括碳纳米管、金属纳米颗粒和导电聚合物等。碳纳米管因其高导电性和优异的力学性能而成为研究的热点，能够在低填充率下实现有效的电磁屏蔽效果。金属纳米颗粒则具有良好的电磁波反射性能，适用于高频范围的屏蔽需求。导电聚合物在具备导电性的同时还能提供机械强度和灵活性，使得复合材料具备更广泛的应用潜力。

3、目前的研究现状表明，轻质电磁屏蔽复合材料领域正处于高速发展阶段。在导电填料方面，金属材料是一种备受关注的材料。由于其优异的导电性和结构特点，金属材料在电磁屏蔽应用中表现出色。研究人员通过优化金属颗粒的制备方法和结构，进一步提高了复合材料的电磁屏蔽性能。特别是在高频范围内的应用。纳米尺寸的金属颗粒可以有效地吸收和反射电磁波，为高频电磁屏蔽提供了新的解决方案。

4、近年来，人们还将注意力转向了电磁屏蔽复合材料的制备技术。新的制备方法和工艺能够更好地控制导电填料的分散均匀性和填充率，从而提高复合材料的电磁屏蔽性能。例如，纳米填料的表面修饰和功能化处理有助于降低填料之间的聚集，提高复合材料的导电性。此外，也有研究集中在增强界面相容性的方法，以提高导电填料与聚合物基体之间的界面结合强度，从而增加复合材料的电磁屏蔽性能。

5、但目前的轻质电磁屏蔽复合材料仍存在导电性能和电磁屏蔽性能不理想。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种电磁屏蔽复合气凝胶及其制备方法和应用，以提高导电性能和电磁屏蔽性能。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种电磁屏蔽复合气凝胶的制备方法，包括下述的步骤：

4、s1.将球形氧化铝粉末在醇溶液中进行超声处理，然后加入低熔点合金颗粒，加热至其熔点以上使低熔点合金颗粒熔化，搅拌处理，制得低熔点合金包覆的球形氧化铝；

5、s2.将低熔点合金包覆的球形氧化铝加入至聚乙烯醇的水溶液中，分散均匀，得到前驱体水溶液；

6、s3.将前驱体水溶液冷冻，然后将冷冻固体浸入交联剂的水溶液中，室温下反应得到复合水凝胶，将复合水凝胶冷冻干燥，得到所述电磁屏蔽复合气凝胶。

7、作为进一步的改进，s1所述醇溶液为乙醇和甘油混合溶液。

8、作为进一步的改进，s1所述低熔点合金的熔点低于90摄氏度。

9、作为进一步的改进，所述低熔点合金为bi-in-zn-al合金。

10、作为进一步的改进，所述bi-in-zn-al合金中铋、铟、锌、铝质量比为(15～25)：(55～75)：(5～10)：8。

11、作为进一步的改进，s1所述超声处理时间为0.5～1h，搅拌处理时间为0.5～1h。

12、作为进一步的改进，s2中聚乙烯醇与低熔点合金包覆的球形氧化铝质量比为(60～85)：(15～35)。

13、本发明还提供一种电磁屏蔽复合气凝胶，其制备原料包括按质量份数计的以下组分：

14、聚乙烯醇基体60～85份；

15、低熔点合金包覆的球形氧化铝15～35份；及

16、交联剂1～5份；

17、其中的低熔点合金包覆的球形氧化铝，低熔点合金包覆在堆叠的球形氧化铝颗粒表面。

18、作为进一步的改进，其制备原料包括按质量份数计的以下组分：

19、聚乙烯醇基体60～65份；

20、低熔点合金包覆的球形氧化铝30～35份；及

21、交联剂4～5份。

22、本发明还提供一种所述方法制备得到的电磁屏蔽复合气凝胶，或所述的电磁屏蔽复合气凝胶在电磁屏蔽中的应用。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、本发明克服了氧化铝复合材料导电性能低，不具备高电磁屏蔽性能的问题，以及金属颗粒，尤其是低熔点合金在气凝胶复合基体中无法均匀分散，导电难以提升的问题。

25、本发明中，将低熔点合金包覆的氧化铝加入到聚乙烯醇基体中制备高导电高电磁屏蔽性能复合气凝胶。利用球形氧化铝颗粒来构建聚乙烯醇基体中的基本导电谐振腔网络结构，低熔点合金在羟基的作用下能够顺利包覆在氧化铝颗粒表面。低熔点合金能够沿着球形氧化铝表面形成谐振腔，使得入射材料的电磁波在谐振腔内部多次反射耗散。同时，堆叠在一起的氧化铝颗粒形成立体导电网络，增强气凝胶导电性能，进一步提高电磁屏蔽性能。

26、相比于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

27、1)通过氢键作用机制首次将铋铟锌铝低熔点合金包覆在球形氧化铝颗粒表面，通过氧化铝颗粒堆叠形式，在聚乙烯醇基体中构建立体谐振腔群导电网络；

28、2)在球形氧化铝的表面包覆少量的低熔点合金后，加入聚乙烯醇树脂基体中可以提高原本树脂的电导率，赋予材料优异的电磁屏蔽性能；

29、3)由低熔点合金沿堆叠的球形氧化铝颗粒所形成的导电立体网络结构能够有效屏蔽吸收电磁波，具有高导电、高电磁屏蔽的特点，其最高电导率大于50s/m，电磁屏蔽效率为在8-12ghz约为60db；

30、4)本发明的产品具有轻质高强的特点，其抗压强度大于等于20mpa，密度大约为0.8g/cm3；

31、5)该复合气凝胶制备流程简单、成本低、环保、性能高、易于工业生产，是一种优良的轻质气凝胶材料，可广泛应用于用于电子设备、通信系统和航空航天等领域中(例如雷达隐身、电磁辐射防护)的电磁波屏蔽应用。

技术特征：

1.一种电磁屏蔽复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括下述的步骤：

2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽复合气凝胶的制备方法，其特征在于，s1所述醇溶液为乙醇和甘油混合溶液。

3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽复合气凝胶的制备方法，其特征在于，s1所述低熔点合金的熔点低于90摄氏度。

4.根据权利要求4所述的电磁屏蔽复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述低熔点合金为bi-in-zn-al合金。

5.根据权利要求5所述的电磁屏蔽复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述bi-in-zn-al合金中铋、铟、锌、铝质量比为(15～25)：(55～75)：(5～10)：8。

6.根据权利要求1～5任一项所述的电磁屏蔽复合气凝胶的制备方法，其特征在于，s1所述超声处理时间为0.5～1h，搅拌处理时间为0.5～1h。

7.根据权利要求1～5任一项所述的电磁屏蔽复合气凝胶的制备方法，其特征在于，s2中聚乙烯醇与低熔点合金包覆的球形氧化铝质量比为(60～85)：(15～35)。

8.一种电磁屏蔽复合气凝胶，其特征在于，其制备原料包括按质量份数计的以下组分：

9.根据权利要求8所述的电磁屏蔽复合气凝胶，其特征在于，其制备原料包括按质量份数计的以下组分：

10.一种权利要求1～7任一项所述方法制备得到的电磁屏蔽复合气凝胶，或权利要求8或9所述的电磁屏蔽复合气凝胶在电磁屏蔽中的应用。

技术总结
本发明公开了一种电磁屏蔽复合气凝胶及其制备方法和应用，其制备原料包括按质量份数计的以下组分：聚乙烯醇基体60～85份；低熔点合金包覆的球形氧化铝15～35份；及交联剂1～5份。由低熔点合金沿堆叠的球形氧化铝颗粒所形成的导电立体网络结构能够有效屏蔽吸收电磁波，其最高电导率大于50S/m，电磁屏蔽效率为在8‑12GHz为60dB。本发明的复合气凝胶具有轻质高强，高导电，高电磁屏蔽，制备简单，易于工业生产，成本低等优点。

技术研发人员：姚飞,董群锋,杨立峰,刘传奇,江悦
受保护的技术使用者：浙江天女集团制漆有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15