一种具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料及其制备方法

本发明属于电磁屏蔽复合材料，具体涉及一种具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着现代电子技术的发展，电磁波的应用越来越广泛，从手机、电视、计算机到航空航天、医疗设备等各种领域都离不开电磁波的应用。但是，其产生的辐射也给周围环境和设备带来了严重的干扰和影响，因此电磁屏蔽技术应运而生。

2、目前，常用的电磁屏蔽材料主要包括金属材料、碳纤维材料和导电聚合物材料等。其中，金属材料表现出优异的导电性和屏蔽性能，但在某些特殊领域的应用因其缺点而受到限制，例如密度大、重量大、刚性差、加工过程复杂等。而碳纤维材料虽然具有轻质、高强度、高刚度等优点，但加工工艺复杂，不能批量生产，成本高、脆性大。

3、泡沫金属材料是一种新型的多孔性材料，具有孔隙率高、比表面积大等特点，能够有效地吸收和反射电磁波。此外，泡沫金属材料还具有弹性好、轻质、耐腐蚀、耐高温、可回收等优点。因此，泡沫金属材料在电磁屏蔽领域的应用前景广阔。

4、然而，目前市场上的泡沫金属材料多用于能量吸收和隔音等领域，电磁屏蔽领域的应用有限。此外，电磁屏蔽领域的快速发展对泡沫金属材料提出了更高的要求，不仅要具备优异的电磁屏蔽性能，其抗冲击性能及散热性等也要同样优异，这无疑增加了制备难度和成本。因此，本领域迫切需要提供一种新型的泡沫金属电磁屏蔽材料，以满足电磁屏蔽领域对高效、轻量化、高性价比材料的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料及其制备方法。通过化学镀、电沉积和热处理工艺制备出的具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料，所提供的制备方法成本低、工艺流程简单、可批量化生产，可以制得孔隙率大于85％的具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料(本发明所用泡沫模板的孔隙都大于99％)，且电磁屏蔽性能优异、具备一定抗冲击性能、开孔高效散热性、结构多样化，在电磁屏蔽领域具有巨大的使用价值和广阔的应用前景。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明技术方案之一：提供一种具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料，结构为泡沫模板材料上生长多层结构，所述多层结构包括金属银层、金属铜层、石墨烯层和金属镍层；其中，所述金属银层在最内层，所述石墨烯层位于所述金属铜层和金属镍层中间。

4、优选地，所述泡沫模板材料为三聚氰胺泡沫。

5、本发明技术方案之二：提供一种上述具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)在泡沫模板材料上生长金属银层，制得带有金属银层的泡沫a；

7、(2)在所述泡沫a上生长金属铜层或金属镍层，得到泡沫b；

8、(3)在所述泡沫c上生长石墨烯层，得到泡沫c；

9、(4)在所述泡沫c上生长金属铜层或金属镍层；

10、(5)步骤(2)～(4)循环1次或多次，制得具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料；

11、其中，步骤(2)和(4)生长的是不同的金属层。

12、本发明将石墨烯层设置于金属层的中间，这样当试样受到压缩冲击时，石墨烯层可作为金属铜层和金属镍层间的过渡层，可以同时细化金属铜和金属镍的晶粒；并且这种分布方式使得石墨烯层更加有利于阻碍位错运动，裂纹会在金属铜和金属镍层之间发生偏转，从而增加材料断裂时所需的能量，进而表现出更优异的性能。

13、优选地，步骤(1)中所述生长金属银层的步骤包括：将所述泡沫模板材料浸入银氨溶液中，再加入还原剂，反应后得到带有金属银层的泡沫a。

14、更优选地，所述银氨溶液中含agno320～40g/l；所述还原剂为40～80g/的葡萄糖溶液；所述反应的温度为25～40℃，时间为15～25min。

15、优选地，步骤(2)和步骤(4)中生长金属铜层或金属镍层的方法为先进行电镀，然后进行还原处理。

16、更优选地，制备金属铜层时，所用电镀液含cuso4·5h2o 200～300g/l、浓硫酸60～80g/l和乙二醇0.2～0.4g/l，表观电流密度为2～4a/cm2，电沉积时间为1～7h；所述还原处理的具体操作包括：在氮氢体积比9:1的烧结气氛下先升温至400～500℃，保温150～200min，继续升温至750～800℃，保温60～90min，然后冷却。

17、更优选地，制备金属镍层时，所用电镀液含nicl2·6h2o 60～80g/l、niso4·6h2o80～100g/l、浓硫酸60～80g/l和乙二醇0.2～0.4g/l，表观电流密度为2～4a/cm2，电沉积时间为1～7h；所述还原处理的具体操作包括：在氮氢体积比9:1的烧结气氛下先升温至400～500℃，保温150～200min，继续升温至750～800℃，保温60～90min，然后冷却。

18、优选地，步骤(3)中生长石墨烯层的方法为气相沉积法。

19、更优选地，所述气相沉积法的具体操作包括：在氩氢体积比9:1的烧结气氛下先升温至500～600℃，保温30～40min，继续升温至1000～1060℃，然后以1-15sscm的速率通入甲烷，保温10～30min，即完成石墨烯层的生长。

20、本发明的有益技术效果如下：

21、本发明提供一种具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料的制备方法，以泡沫模板材料为基础模板，在该模板上生长多种材料层，制备出了一种具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料。本发明提供的制备方法简单，效率高，成本低，适用于工业批量生产；制备出的具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料具备优异的电磁屏蔽性能和一定的抗冲击性能，并且结构多样化。

技术特征：

1.一种具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料，其特征在于，结构为泡沫模板材料上生长多层结构，所述多层结构包括金属银层、金属铜层、石墨烯层和金属镍层；其中，所述金属银层在最内层，所述石墨烯层位于所述金属铜层和金属镍层中间。

2.根据权利要求1所述的具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料，其特征在于，所述泡沫模板材料为三聚氰胺泡沫。

3.一种权利要求1或2所述具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述生长金属银层的步骤包括：将所述泡沫模板材料浸入银氨溶液中，再加入还原剂，反应后得到带有金属银层的泡沫a。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述银氨溶液中含agno320～40g/l；所述还原剂为40～80g/的葡萄糖溶液；所述反应的温度为25～40℃，时间为15～25min。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(4)中生长金属铜层或金属镍层的方法为先进行电镀，然后进行还原处理。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，制备金属铜层时，所用电镀液含cuso4·5h2o200～300g/l、浓硫酸60～80g/l和乙二醇0.2～0.4g/l，表观电流密度为2～4a/cm2，电沉积时间为1～7h；所述还原处理的具体操作包括：在氮氢体积比9:1的烧结气氛下先升温至400～500℃，保温150～200min，继续升温至750～800℃，保温60～90min，然后冷却。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，制备金属镍层时，所用电镀液含nicl2·6h2o60～80g/l、niso4·6h2o80～100g/l、浓硫酸60～80g/l和乙二醇0.2～0.4g/l，表观电流密度为2～4a/cm2，电沉积时间为1～7h；所述还原处理的具体操作包括：在氮氢体积比9:1的烧结气氛下先升温至400～500℃，保温150～200min，继续升温至750～800℃，保温60～90min，然后冷却。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中生长石墨烯层的方法为气相沉积法。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述气相沉积法的具体操作包括：在氩氢体积比9:1的烧结气氛下先升温至500～600℃，保温30～40min，继续升温至1000～1060℃，然后以1-15sscm的速率通入甲烷，保温10～30min，即完成石墨烯层的生长。

技术总结
本发明公开了一种具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料及其制备方法，属于电磁屏蔽复合材料技术领域。所述泡沫金属电磁屏蔽材料的结构为：泡沫模板材料上生长多层结构，所述多层结构包括金属银层、金属铜层、石墨烯层和金属镍层；其中，所述金属银层在最内层，所述石墨烯层位于所述金属铜层和金属镍层中间。本发明提供的制备方法简单，效率高，成本低，适用于工业批量生产；制备出的具有多层结构的泡沫金属电磁屏蔽材料具备优异的电磁屏蔽性能和一定的抗冲击性能，并且结构多样化。

技术研发人员：刘意春,李锐,李瑞剑,闫安,董书博,江洪渠,于杰,陶静梅,李才巨,易健宏
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15