一种柔性多功能的电磁屏蔽薄膜及其制备方法与应用

本发明涉及一种电磁屏蔽材料的制备方法，具体涉及一种柔性多功能的电磁屏蔽薄膜及其制备方法与应用，属于碳基材料电磁屏蔽。

背景技术：

1、随着5g移动通信的迅速发展，电子设备朝着轻量化、柔性化、便携式等方向发展，为保持其正常工作，需要电磁屏蔽材料对其进行保护。传统的金属屏蔽材料因其优异的电导率可以有效的对电磁波形成屏蔽，然而，其密度大、耐腐蚀性差、柔韧性差和加工困难等缺点日益凸显，已经无法满足现代科技的需求。因此，具有导电成分掺杂的聚合物复合材料由于其轻便和高柔韧的特性而进入了研究的视野。目前，无论是传统金属屏蔽材料或高导电聚合物复合材料，都是利用其较高的电导率来增加材料表面的电磁波反射进而展现出优异的电磁屏蔽性能，而高的电导率往往会增加材料对电磁波的反射损耗，这种依靠强烈表面反射的电磁屏蔽材料不可避免地会造成二次污染。因此，研究出低反射、高屏蔽的柔性电磁屏蔽材料变得越来越重要。此外，很多高精度的电子仪器会不可避免的需要在一些极端环境下工作，例如极寒天气，在这种条件下，电磁屏蔽材料的稳定性也显得尤为重要。

2、电磁屏蔽材料一般通过电损耗、磁损耗和介电损耗来衰减电磁波。为了解决反射电磁波造成的二次污染，引入铁磁纳米颗粒是一种可行的方法。zhang等报道了fe3o4@mwcnt/pmma复合材料，x波段emi se为25.11db，r值为0.47(compos part a 2017；100：128-38.)。sharif等将fe3o4@rgo磁性纳米粒子引入pmma基体中，发现emi se为29.3db，r为0.6(acs appl mater interfaces 2017；9(16)：14171-9.)。虽然加入磁性杂化填料的复合材料可以在一定程度上降低反射，但在固定阻抗失配条件下，这类均匀导电网络的复合材料始终表现出均匀的导电性，这对于降低电磁波反射作用不大。对此，近年来发展了各种结构设计，如层状结构、分离结构和多孔结构。研究发现，带有隔离导电网络的emi屏蔽材料，如fe3o4@rgo/天然橡胶复合材料(nrmg)和cnt/rgf@fe3o4/pc复合材料形成了带有反射-吸收为一体特殊结构，使电磁波在材料内经历“吸收-反射-再吸收”过程，可以实现较低的电磁波反射效率(chem.eng.j.344(2018)184-193.chem.eng.j.393(2020)，124644.)。但这类材料只注重于材料的电磁屏蔽性能，未对材料的其他性能进行描述，例如：焦耳加热性能、稳定性和耐用性，达不到精密仪器的对防护材料性能多功能的要求。

3、此外，在航空、航天、微电子、便携通信等高端制造业中，轻量化、柔性、高性能和多功能的电磁屏蔽材料越来越受青睐，这就要求电磁屏蔽材料应能承受恶劣的环境，并对各种实际应用表现出一定的灵活性。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种具有多层复合结构的、稳定性强和集良好热管理性能和低反射特性为一体的柔性多功能的电磁屏蔽薄膜及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

2、本发明的另一目的还在于提供所述柔性多功能的电磁屏蔽薄膜的应用。

3、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

4、本发明实施例提供了一种柔性多功能的电磁屏蔽薄膜，其包括：

5、碳纳米管薄膜，以及

6、分别结合于所述碳纳米管薄膜第一表面、第二表面的高磁导率层、高电导率层，所述第一表面与第二表面相背对设置；

7、其中，所述高磁导率层、碳纳米管薄膜、高电导率层的电导率依次增大，而磁导率依次减小。

8、在一些实施方案中，所述高磁导率层包括聚合物基体和分散于所述聚合物基体中的磁性纳米颗粒。

9、在一些实施方案中，所述磁性纳米颗粒包括nico颗粒或fe3o4颗粒。

10、本发明实施例还提供了一种柔性多功能的电磁屏蔽薄膜的制备方法，其包括：在碳纳米管薄膜的第一表面、第二表面分别设置高磁导率层、高电导率层；

11、其中，所述第一表面与第二表面相背对设置，所述高磁导率层、碳纳米管薄膜、高电导率层的电导率依次增大，而磁导率依次减小。

12、在一些实施方案中，所述制备方法具体包括：

13、将磁性纳米颗粒均匀分散于聚合物溶液中，形成磁性纳米颗粒分散液；

14、将所述磁性纳米颗粒分散液涂布于所述碳纳米管薄膜的第一表面，再经干燥处理形成所述高磁导率层。

15、本发明实施例还提供了由前述方法制备的柔性多功能的电磁屏蔽薄膜。

16、本发明实施例还提供了所述柔性多功能的电磁屏蔽薄膜于高集成度电子设备的电磁防护或热管理等领域中的应用。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：

18、1)本发明提供了一种具有优良柔韧性、高电磁屏蔽性能和耐久性的多功能电磁屏蔽薄膜，该复合薄膜的导电性随碳纳米管厚度的增加而提高，当cnt厚度为30μm时，样品电导率可达3.22×104s/m。由于引入金属高电导率层作为反射层，当电磁波穿透不对称复合材料时，产生一种特殊的“吸收-反射-再吸收”过程，在x波段范围内材料屏蔽性能皆可达75db；

19、2)本发明通过结构设计制备出具备三层结构的电磁屏蔽材料，由于三个层间的材料的电导率和磁导率的不同，电磁波进入进入材料后会经历“吸收-反射-再吸收”的过程，从而使材料呈现低反射的特性；

20、3)本发明提供的柔性多功能的电磁屏蔽材料的焦耳加热性能良好，在施加电压变换时，温度响应速度快，并且其在加热时的稳定性优异，长时间加热仍能保持稳定，在高集成度电子设备的电磁防护领域和热管理领域展现出巨大的应用潜力。

技术特征：

1.一种柔性多功能的电磁屏蔽薄膜，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽薄膜，其特征在于：所述高磁导率层包括聚合物基体和分散于所述聚合物基体中的磁性纳米颗粒。

3.根据权利要求2所述的电磁屏蔽薄膜，其特征在于：所述聚合物基体的材质包括聚乙烯醇、聚乙烯、聚偏二氟乙烯或聚二甲基硅烷；和/或，所述磁性纳米颗粒包括nico颗粒或fe3o4颗粒；和/或，所述磁性纳米颗粒的粒径为10～15nm；和/或，所述高磁导率层包含10～20wt％的磁性纳米颗粒。

4.根据权利要求1所述的电磁屏蔽薄膜，其特征在于：所述高电导率层的材质选自金属，所述金属包括铜、银、镍中的任意一种或多种的组合。

5.根据权利要求1所述的电磁屏蔽薄膜，其特征在于：所述碳纳米管薄膜的厚度为10～30μm；和/或，所述高磁导率层的厚度为300～400μm；和/或，所述高电导率层的厚度为300～900nm。

6.一种柔性多功能的电磁屏蔽薄膜的制备方法，其特征在于包括：在碳纳米管薄膜的第一表面、第二表面分别设置高磁导率层、高电导率层；

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于具体包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物溶液所含聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯、聚偏二氟乙烯或聚二甲基硅烷；和/或，所述磁性纳米颗粒包括nico颗粒或fe3o4颗粒；和/或，所述磁性纳米颗粒的粒径为10～15nm；和/或，所述磁性纳米颗粒分散液包含10～20wt％的磁性纳米颗粒；和/或，所述干燥处理的温度为80～120℃。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于具体包括：采用物理和/或化学沉积方式在所述碳纳米管薄膜的第二表面形成金属膜，从而制得所述高电导率层；

10.权利要求1-5中任一项所述柔性多功能的电磁屏蔽薄膜于电磁防护或热管理领域中的应用。

技术总结
本发明公开了一种柔性多功能的电磁屏蔽薄膜及其制备方法与应用。所述电磁屏蔽薄膜包括：碳纳米管薄膜，以及分别结合于该碳纳米管薄膜第一表面、第二表面的高磁导率层、高电导率层，所述高磁导率层、碳纳米管薄膜、高电导率层的电导率依次增大，而磁导率依次减小。本发明提供了具备三层结构的电磁屏蔽材料，由于三个层间的材料的电导率和磁导率的不同，电磁波进入进入材料后会经历“吸收‑反射‑再吸收”的过程，从而使材料呈现低反射的特性；所述电磁屏蔽薄膜的焦耳加热性能良好，在施加电压变换时，温度响应速度快，并且其在加热时的稳定性优异，长时间加热仍能保持稳定，在高集成度电子设备的电磁防护领域和热管理领域展现出巨大的应用潜力。

技术研发人员：胡东梅,陶青威,吕争强,李长伟,李清文
受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12