一种电磁波吸收材料及其制备方法和应用

本发明属于电磁波屏蔽材料，涉及一种电磁波吸收材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电子工业的快速发展加剧了周围环境的电磁辐射，不仅带来了严重的电子干扰问题，甚至对人类健康造成了巨大的威胁，开发出高性能的电磁波屏蔽材料以维持电子设备的正常运行和保护人类免受电磁辐射的伤害已成为研究人员刻不容缓的任务。高性能的电磁波屏蔽材料不仅要求电磁屏蔽效能高、机械强度和柔韧性好，而且要求密度低、重量轻，甚至具备多功能化特点能够适用于各个实际应用场景。

2、薄膜、气凝胶、水凝胶和泡沫等类型的电磁波屏蔽材料因具备质轻且电磁屏蔽效能优异的优点而被广泛研究和应用，其中，气凝胶、水凝胶和泡沫型的电磁波屏蔽材料通常是三维网络结构，多具备密集的蜂窝状孔洞，电磁波入射后会在孔洞内不断发生反射和损耗，这三种类型的电磁波屏蔽材料的电磁屏蔽以吸收为主导，属于吸收型的电磁波屏蔽材料；薄膜型的电磁波屏蔽材料具有致密均一的特点，电导率远高于其他类型的屏蔽材料，而电磁波屏蔽材料的电导率和其电磁屏蔽效能成正相关，因此薄膜型的电磁波屏蔽材料的电磁屏蔽效能相对优于其他类型的电磁波屏蔽材料，薄膜型的电磁波屏蔽材料的电磁屏蔽以反射为主导，属于反射型的电磁波屏蔽材料。

3、气凝胶、水凝胶和泡沫型的电磁波屏蔽材料由于电导率低、结构疏松等原因导致其电磁屏蔽效能较低，例如专利申请cn115612181a公开了一种用于电磁干扰屏蔽的复合气凝胶及其制备方法，该专利以聚吡咯修饰纤维素纳米纤维为基体，mxene和聚乙烯吡咯烷酮修饰的铜纳米线作为导电填料，冷冻干燥得到三维网络结构气凝胶，虽然铜纳米线具有优异的电导率，但是将其作为导电填料也会导致气凝胶的密度较大，且该产品的电磁屏蔽效能最高仅为35db；专利申请cn116731388a公开了一种电磁屏蔽聚酰亚胺复合气凝胶及制备方法，及基于其的各向异性复合气凝胶及制备方法，该专利采用mxene在聚酰亚胺复合气凝胶表面构筑完整导电网络，虽然提高了该产品的电导率，但其电磁屏蔽效能仍低于30db；专利申请cn116444856a公开了一种x波段低反射聚合物电磁屏蔽气凝胶及其制备方法，该专利利用了x波段（8.2~12.4ghz）电磁波波长在mm级别附近时，微米孔匹配性更高和阻抗匹配最佳的原理，采用微米孔气凝胶和层状结构的设计思路，提升了该产品的电磁波吸收损耗，但其电磁屏蔽效能仍低于20db。

4、薄膜型的电磁波屏蔽材料存在无法兼具低厚度和高电磁屏蔽效能的缺陷，例如专利申请cn117042431a公开了一种具有可拉伸特性的柔性电磁屏蔽膜及其制备方法，该专利采用金属合金纳米线作为导电层来制备该产品膜，从而使该产品膜具备可拉伸特性，制得的产品膜厚度≥1mm，电磁屏蔽效能为56~61db；专利申请cn115652650a公开了一种柔性电磁屏蔽pvc复合膜及其制备方法，该专利先通过聚合物/类水滑石单层纳米材料分别对羟基碳纳米管和四氧化三铁进行改性再制备该产品膜，制得的产品膜厚度为1~1.5mm，电磁屏蔽效能为30.5~38.2db；专利申请cn116535707a公开了一种超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜及其制备方法，该专利通过芳纶纳米纤维制备、芳纶纳米纤维疏解、混合溶液的配置、抽滤复合薄膜、热压机干燥薄膜等步骤制备该产品膜，制得的产品膜厚度为40~43μm，电磁屏蔽效能为16.7~28.1db；专利申请cn115785665a公开了一种高强度mxene基电磁屏蔽复合薄膜及其制备方法，该专利采用mxene作为产品膜的基体，制得的产品膜厚度≥100μm，电磁屏蔽效能≤60db。

5、此外，现有技术中无论是哪种类型的电磁波屏蔽材料，都无法实现低导电填料含量下的超高绿色屏蔽。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种电磁波吸收材料及其制备方法和应用。

2、本发明的目的之一是解决现有技术的气凝胶、水凝胶和泡沫型的电磁波屏蔽材料的电磁屏蔽效能较低的问题，提供一种电磁波吸收材料及其制备方法。

3、为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

4、一种电磁波吸收材料，具有三维网络结构，包括基体、分散在基体中的簇岛、连接不同簇岛的一维线状导电材料；

5、基体为pam（聚丙烯酰胺）；簇岛为由二维纳米导电片层材料团聚形成的孤立无序性团聚体，二维纳米导电片层材料为m层mxene，或者为n层石墨烯，m小于5，n小于10。

6、本发明的电磁波吸收材料的结构不同于现有技术，这使得其电磁屏蔽效能较高，原因如下：

7、二维纳米导电片层材料为m层mxene，或者为n层石墨烯，对电磁波具有极强的反射作用；

8、由二维纳米导电片层材料团聚形成的簇岛的多个反射面为各向同性，能够接收和反射来自各个方向的电磁波，大幅度提高了电磁波在各簇岛之间的反射和损耗次数；同时，电磁波在岛内片层间也会进行多次反射和吸收，大幅度提高了电磁波在电磁波吸收材料中反射和损耗次数；

9、由二维纳米导电片层材料团聚形成的簇岛相对于单独的二维纳米导电片层材料具有更强的介电特性，反射和损耗电磁波的能力更强；

10、三维网络为导电网络，由一维线状导电材料和二维纳米导电片层材料构建而成，一维线状材料作为导电通道贯穿连接二维纳米导电片层材料团聚形成的簇岛的各个反射面，这样的结构设计使得入射电磁波能在电磁波吸收材料内部发生更多反射与损耗；同时，一维线状导电材料和二维纳米导电片层材料通过彼此携带的大量亲水基团产生强烈的氢键作用使得三维网络中各个节点接触更加牢固紧密，对于电磁波吸收材料的整体电导率的提升有着十分重要的意义，而电导率与电磁屏蔽效能成正相关；其次，三维网络中自由载流子数量较多，能够阻挡更多的电磁波，进而产生更多的介电损耗。

11、作为优选的技术方案：

12、如上所述的一种电磁波吸收材料，一维线状导电材料的长径比为50~3750；一维线状导电材料为功能化cnt（功能化碳纳米管，例如羟基化cnt、羧基化cnt、氨基化cnt）、碳纤维和银纳米线中的一种以上；m层mxene是通过氢氟酸侵蚀法制备而成，考虑到氢氟酸的强腐蚀性，本发明采用较为温和的氟化锂与盐酸体系合成氢氟酸，侵蚀碳化钛铝（max相）的铝原子制备m层mxene。

13、如上所述的一种电磁波吸收材料，电磁波吸收材料的厚度为2~3mm，电磁波吸收材料中簇岛的等效圆直径为50~2000μm，电磁波吸收材料中一维线状导电材料的含量为5.06~13.3wt%，电磁波吸收材料中二维纳米导电片层材料的含量为4.48~20wt%。

14、如上所述的一种电磁波吸收材料，电磁波吸收材料的含水量随环境的相对湿度变化；

15、电磁波吸收材料的含水量不超过10wt%时，呈泡沫态，电磁屏蔽效能为34.6~44.6db，导热系数为0.029~0.051w/(m•k)，不仅呈现出良好的电磁屏蔽性能，还呈现出良好的隔热性能，原因是：由于其内部含有大量pam半晶排列成的纤维桥，并相互支撑成为大孔结构，大孔结构中充斥着空气，而空气导热系数非常低，是一种较差的热传导介质，起到了隔热的效果；此外，由于热对流的传热效率远远大于热传导，而大孔结构是半封闭结构相当于无数个装有空气的隔间，减少了空气对流，大大降低了制品的导热系数使其接近空气的导热系数，进而提升了制品的隔热性能；

16、电磁波吸收材料的含水量大于10wt%且小于等于60wt%时，呈气凝胶态，电磁屏蔽效能为36.3~49.1db，电磁波吸收材料为气凝胶态时，电磁屏蔽性能最优，这是因为：气凝胶态产品内部除了pam半晶之外，还存在大量柔性pam分子链，内部的孔洞结构较泡沫态更加致密，使得入射电磁波的多重反射次数增多，进而增大了对电磁波的吸收损耗；气凝胶态产品内部由二维纳米导电片层材料与一维线状导电材料搭建的导电网络更为完善，自由载流子数量较多，能够阻挡更多电磁波；

17、电磁波吸收材料的含水量大于60wt%时，呈水凝胶态，电磁屏蔽效能为35.2~45.5db，灵敏度为0.63~4，湿度响应范围为20~90%，不仅呈现出良好的电磁屏蔽性能，还呈现出良好的湿度响应电阻传感性能，原因是：虽然二维纳米导电片层材料与一维线状导电材料构建了三维导电网络，但由于pam基体是绝缘材料，难以避免会在一定程度上降低制品的导电性；水凝胶态产品含水量大于60wt%时，在适中或较低的环境湿度下极易自发除湿（自发性在外界释放水分子），水分子的吸收或释放对制品电阻的影响十分明显；因此，水凝胶态产品在不同湿度环境下/改变环境湿度时会出现明显的电阻值变化，能够应用于实时监控环境湿度；

18、综上可知，本发明的电磁波吸收材料具有湿度响应三态转化（泡沫-气凝胶-水凝胶）特性，如图5所示，可在不同的环境湿度条件下可通过吸湿/除湿，呈现不同状态，性能与结构也随之变化，适用于不同的应用场景。

19、本发明独有的通过合理材料搭配和结构设计，实现了将超高屏蔽、优越隔热和灵敏传感于一身，并且能够通过湿度变化进行调控，相当于有一个“湿度开关”，能够切换性能。

20、本发明还提供一种电磁波吸收材料的制备方法，将pam加入均匀分散液中，机械搅拌至出现“爬杆”效应后，依次进行预冷冻和冷冻干燥，即得电磁波吸收材料；

21、pam的分子量为800万~1600万，可以为非离子型pam、阴离子型pam、阳离子型pam；

22、均匀分散液中含有水、一维线状导电材料和二维纳米导电片层材料；一维线状导电材料的长径比为50~3750；二维纳米导电片层材料为m层mxene，或者为n层石墨烯；

23、pam和水的质量比为1~3:60，一维线状导电材料和水的质量比比值不低于1/600，均匀分散液中二维纳米导电片层材料的含量不低于0.25wt%。

24、本发明在制备电磁波吸收材料的过程中，开始时二维纳米导电片层材料和一维线状导电材料均匀分散在水中，加入pam粉末后整个溶液体系的黏度缓慢上升，二维纳米导电片层材料会逐渐发生团聚形成具有各向同性的特点的簇岛分散在基体中，一维线状导电材料则被均匀分散在簇岛间，形成导电通路，其中：

25、控制pam的分子量为800万~1600万，同时pam和水的质量比为1~3:60，如此可达到形成簇岛的理想溶液黏度；

26、控制均匀分散液中二维纳米导电片层材料的含量不低于0.25wt%，如此可保证二维纳米导电片层材料的数量较多足以发生团聚，否则由于溶液中二维纳米导电片层材料含量太少，无法形成对电磁波有明显吸收或损耗的簇岛分布状态；

27、控制二维纳米导电片层材料为单层或少层，只有这样在机械搅拌混合时单层或少层二维纳米导电片层材料才能重新团聚成为各向同性的簇岛结构，否则多层二维纳米导电片层材料在pam水溶液中不均匀分散后，形成的孤立体仍然是一个或几个各向异性的多层二维纳米导电片层材料的结合体，簇岛不具有各向同性的特点；

28、控制一维线状导电材料的长径比为50~3750，如此可使得一维线状导电材料在均匀分散后连接各个簇岛，形成导电网络；一维线状导电材料的长径比过小则无法连接簇岛，过大则一维线状导电材料自身会发生缠绕团聚，同样无法很好的连接簇岛；

29、控制一维线状导电材料和水的质量比比值不低于1/600，如此可避免由于一维线状导电材料的含量过低导致无法构建完善的导电通路，对电磁波的屏蔽性能增益效果微弱。

30、作为优选的技术方案：

31、如上所述的一种电磁波吸收材料的制备方法，一维线状导电材料和水的质量比比值不高于1/200，否则会导致pam粉末加入前的溶液黏度增大，使得一维和二维材料无法在水中均匀分散，进而影响簇岛和导电通路的形成。

32、如上所述的一种电磁波吸收材料的制备方法，均匀分散液中二维纳米导电片层材料的含量不高于1.25wt%，否则会进一步加大溶液黏度，导致机械搅拌分散困难，且簇岛形成后分布不均匀，甚至簇岛之间彼此堆叠，不满足簇岛独立性的特点。

33、如上所述的一种电磁波吸收材料的制备方法，均匀分散液的制备过程为：先将二维纳米导电片层材料分散在水中，再向其中加入一维线状导电材料以200~250w的功率超声分散10~15min，再在50~80℃下以1500~2000rpm的转速机械搅拌10~15min，即得均匀分散液。

34、如上所述的一种电磁波吸收材料的制备方法，将pam加入均匀分散液中时，伴以保温和机械搅拌，保温温度为50~80℃，机械搅拌的转速为1500~2000rpm，pam分批加入，单批质量加入量为总质量加入量的1/20~1/10，控制pam分批加入的目的是确保pam能够充分溶解。

35、本发明的目的之二是解决现有技术的薄膜型的电磁波屏蔽材料无法兼具低厚度和高电磁屏蔽效能的问题，提供一种超薄柔性电磁波反射膜及其制备方法。

36、为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

37、一种超薄柔性电磁波反射膜的制备方法，将同时含有m层mxene和tocnf（氧化纳米纤维素）的均匀分散液抽滤成复合膜后，先依次对复合膜进行干燥和热压，再在复合膜的表面滴加agno3溶液后静置至ag+被m层mxene还原为纳米ag颗粒，即得超薄柔性电磁波反射膜。

38、在热压过程中，m层mxene纳米片之间的间隙缩小，接触形式发生显著转变，由轻微的叠加转变为更为牢固的面接触或与穿插在层间的tocnf的羟基产生更多氢键，从而形成一个整体，使其导电性得到大幅度的提升，进而提升其对电磁波的反射作用，即电磁屏蔽。

39、本发明在制备过程中，不加任何还原剂（还原剂是绝缘材料，加入后会降低复合膜的导电性能），利用复合膜中的m层mxene本身带有的ti离子作为还原剂将ag+还原为纳米ag颗粒，使纳米ag颗粒能够原位生长在m层mxene中原本属于ti离子的位置，使其更好地吸附在复合膜表面。

40、本发明之所以用氧化还原的方法负载纳米ag颗粒，而不是选择直接使用纳米ag颗粒，是因为导电材料的电导率与其接触状态有关，即材料间两两接触的位置存在较高的接触电阻，所以为了得到更高的电导率，应尽可能减小总的电阻值。

41、作为优选的技术方案：

42、如上所述的一种超薄柔性电磁波反射膜的制备方法，同时含有m层mxene和tocnf的均匀分散液的制备过程为：将浓度为3~6mg/ml的m层mxene水分散液和浓度为5~10mg/ml（该浓度范围能确保分散液呈现均匀稳定的分散状态）的tocnf水分散液混合均匀，即得同时含有m层mxene和tocnf的均匀分散液；同时含有m层mxene和tocnf的均匀分散液中tocnf的质量占m层mxene和tocnf总质量的5~25wt%，如此可解决纯m层mxene反射膜力学性能薄弱的问题，但tocnf的占比也不宜过高，否则会降低反射膜对电磁波的屏蔽作用，本发明通过对tocnf的占比的精确调控，保证了反射膜在具备一定力学柔性的同时，不会有过多的损失屏蔽性能，仅在该范围内，力学性能所影响的制膜难度与制品反射膜屏蔽效果之间的关系能够达到理想的平衡。

43、如上所述的一种超薄柔性电磁波反射膜的制备方法，抽滤为真空抽滤，具体是借助大气压力抽去分散液中的溶剂，而将溶质留下并紧密沉积形成均匀的膜质材料，抽滤采用的滤膜为平均孔径0.22μm的醋酸纤维素酯滤膜。

44、如上所述的一种超薄柔性电磁波反射膜的制备方法，干燥温度为50~80℃，干燥时间为5~15min，干燥的目的是使滤膜自然剥离，但剥离滤膜后的复合膜会发生一定的收缩与卷曲，因此本发明在干燥后对复合膜进行热压，使其平整致密化；热压方式为双板均匀热压，热压温度为50~80℃，热压压强为15~20mpa，热压时间为15~30min，热压时复合膜的上下各覆盖一层厚0.1mm的聚酰亚胺薄膜作为防护（热压完成后揭去），不喷涂脱模剂。

45、如上所述的一种超薄柔性电磁波反射膜的制备方法，热压后复合膜的厚度为20~33μm，密度为0.09~0.11g/cm3。

46、如上所述的一种超薄柔性电磁波反射膜的制备方法，agno3溶液的浓度为0.1~0.5mol/l；复合膜上agno3溶液的滴加量为0.1~0.3ml/cm2，多次少量滴加可使agno3溶液覆盖复合膜表面，生成的纳米ag颗粒较为均匀。

47、如上所述的一种超薄柔性电磁波反射膜的制备方法，静置的温度为40~60℃，时间为5~10min；在静置过程中，ag+被m层mxene还原为ag纳米颗粒。

48、本发明还提供采用如上任一项所述的一种超薄柔性电磁波反射膜的制备方法制得的超薄柔性电磁波反射膜，基材为tocnf，基材中分散有m层mxene和纳米ag颗粒，tocnf在m层mxene中穿插，纳米ag颗粒原位生长在m层mxene中原本属于ti离子的位置。

49、本发明的超薄柔性电磁波反射膜为m层mxene/tocnf~ag杂化纳米结构，纳米ag颗粒与m层mxene纳米片的强介电协同作用，导致了介电损耗、极化效应（偶极子和界面极化）以及对入射电磁波的多次反射，有利于电磁波的完全耗散；亲水性的tocnf在m层mxene纳米片中穿插，产生的氢键作用为反射膜提供一定的柔韧性和力学强度，以抵消纯m层mxene界面结合力薄弱的问题。

50、作为优选的技术方案：

51、如上所述的超薄柔性电磁波反射膜，超薄柔性电磁波反射膜的厚度为20~33μm，密度为0.09~0.11g/cm3，电导率为52910~92336s/m，电磁屏蔽效能为54.4~67.6db，比屏蔽性能为15262~37556db·cm2·g-1；超薄柔性电磁波反射膜在3.5~4.5v的超低电压下加热10s后温度由25℃升至55~75℃；在25℃下将1cm×1cm×1cm的冰块放置在超薄柔性电磁波反射膜上，在4v的超低电压下将超薄柔性电磁波反射膜加热420~600s后可将冰块完全融化。

52、现有技术的柔性电磁波反射膜，厚度与本发明相当的，电磁屏蔽效能远低于本发明，电磁屏蔽效能与本发明相当的，厚度远高于本发明，例如cn117042431a的产品膜厚度≥1mm，电磁屏蔽效能为56~61db；cn115652650a的产品膜厚度为1~1.5mm，电磁屏蔽效能为30.5~38.2db；cn116535707a的产品膜厚度为40~43μm，电磁屏蔽效能为16.7~28.1db；cn115785665a的产品膜厚度≥100μm，电磁屏蔽效能≤60db；而本发明在超薄的厚度下（20~50μm），实现了高电磁屏蔽效能（57.0~70.9db），优于上述发明。本发明制得了兼具低厚度和高屏蔽的超薄柔性电磁波反射膜，弥补了现有技术的空白。

53、本发明的目的之三是解决现有技术的电磁波屏蔽材料无法实现低导电填料含量下的超高绿色屏蔽的问题，提供一种电磁屏蔽复合材料及其制备方法。

54、为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

55、一种电磁屏蔽复合材料，具有复合层结构，包括相邻的吸收层和反射层；

56、吸收层为如上任一项所述的一种电磁波吸收材料；

57、反射层的基材为tocnf，基材中分散有m层mxene和纳米ag颗粒，tocnf在m层mxene中穿插，纳米ag颗粒原位生长在m层mxene中原本属于ti离子的位置。

58、本发明中的吸收层是承担电磁屏蔽效果中吸收的主体部分，由二维纳米导电片层材料与一维线状导电材料辅以柔性pam大分子链穿插缠绕形成的三维网络结构；吸收层中二维纳米导电片层材料与一维线状导电材料搭建三维导电网络通路，使得分散在pam中提供导电性的两种填料：二维纳米导电片层材料和一维线状导电材料之间具有导电的连续性，为屏蔽电磁波提供丰富的介电损耗；吸收层中存在极为丰富且不规则的异质界面，电磁波在吸收层中不同材料的界面间发生多重反射，同时也在分散均匀的二维纳米导电片层材料纳米片间发生多重反射，其传播方向发生多次改变，并且由于电导迁移、电子迁移、偶极极化、界面极化等机制影响而发生明显的能量损耗和衰减。

59、如图6所示，本发明中的反射层是承担电磁屏蔽效果中反射的主体部分，入射电磁波经过吸收层的第一轮多重反射吸收后，剩余未损耗的电磁波穿过吸收层达到反射层，在与反射层接触后遭遇致密化堆叠mxene层，该层本身就具有高导电性，在纳米ag颗粒负载下，其导电性进一步提升；mxene与纳米ag颗粒产生介电协同作用提供的大量自由载流子能够将绝大部分电磁波阻挡并反射，因此只有极少数的电磁波最后能够透过制品。被反射层阻挡的电磁波改变传播方向，重新穿过吸收层与反射层之间的异质界面进入吸收层，并在吸收层中再次经历第二轮多重反射吸收损耗，仍未损耗殆尽的电磁波中有极小一部分从吸收层上方回到外界，更多电磁波又被反射回反射层，重新经历上述过程直至被完全吸收。以此方式，本发明的电磁屏蔽复合材料的多层结构设计充分发挥并优化了各层对电磁波的吸收与屏蔽作用，从而实现极少二次污染的绿色屏蔽效果。

60、作为优选的技术方案：

61、如上所述的一种电磁屏蔽复合材料，反射层的厚度为20~33μm，密度为0.09~0.11g/cm3。

62、如上所述的一种电磁屏蔽复合材料，反射层的制备过程为：将同时含有m层mxene和tocnf的均匀分散液抽滤成复合膜后，先依次对复合膜进行干燥和热压，再在复合膜的表面滴加agno3溶液后静置至ag+被m层mxene还原为纳米ag颗粒，即得反射层。

63、如上所述的一种电磁屏蔽复合材料，同时含有m层mxene和tocnf的均匀分散液的制备过程为：将浓度为3~6mg/ml的m层mxene水分散液和浓度为5~10mg/ml的tocnf水分散液混合均匀，即得同时含有m层mxene和tocnf的均匀分散液；同时含有m层mxene和tocnf的均匀分散液中tocnf的质量占m层mxene和tocnf总质量的5~25wt%。

64、如上所述的一种电磁屏蔽复合材料，抽滤采用的滤膜为平均孔径0.22μm的醋酸纤维素酯滤膜。

65、如上所述的一种电磁屏蔽复合材料，热压方式为双板均匀热压，热压温度为50~80℃，热压压强为15~20mpa，热压时间为15~30min。

66、如上所述的一种电磁屏蔽复合材料，热压后复合膜的厚度为20~33μm，密度为0.09~0.11g/cm3。

67、如上所述的一种电磁屏蔽复合材料，agno3溶液的浓度为0.1~0.5mol/l；复合膜上agno3溶液的滴加量为0.1~0.3ml/cm2。

68、如上所述的一种电磁屏蔽复合材料，静置的温度为40~60℃，时间为5~10min。

69、如上所述的一种电磁屏蔽复合材料，还包括与吸收层相邻的超疏水层；超疏水层由氟化二氧化硅纳米粒子铺设而成，超疏水层的表面具有凹凸不平的形态结构。

70、超疏水层能够阻隔制品与外界水分接触，使制品根据具体的使用场景呈现出固定在某一湿度下的性能；同时，超疏水层对电磁屏蔽效果有促进作用，其主要成分氟化二氧化硅纳米颗粒凭借介电特性和粗糙不平整的表面特性优化了制品表面的阻抗匹配，电磁波能够更加畅通地进入吸收层中进行多次反射与吸收；良好的阻抗匹配是吸收电磁波所需优先考虑的条件；从本发明的技术来讲，如制品表面的阻抗与大气阻抗相接近或相等，即可视作阻抗匹配，反之则为阻抗失配；阻抗匹配时，入射电磁波能够更为顺利进入吸收层中发生充分的介电损耗，而不是被过早地反射回外界；超疏水层既优化了阻抗的匹配关系，也优化了电磁波进入制品内部的通路途径，这是由于超疏水层为绝缘材料，无法提供足够的自由电子，为电磁波的良好传输介质，电磁波穿过氟化二氧化硅纳米颗粒之间的间隙，起到类似通道的作用，且由于其绝缘特性，对电磁波的透过没有任何阻碍作用。

71、如上所述的一种电磁屏蔽复合材料，超疏水层的表面的水接触角为152°~160°，呈现超疏水性。

72、如上所述的一种电磁屏蔽复合材料，超疏水层的制备步骤如下：

73、（1）将正硅酸乙酯与十七氟癸基三甲氧基硅烷加入至由体积比为25:3:3的乙醇、氨水和去离子水混合而成的醇溶液中，在60~70℃放置6~12h（在此过程中会发生水解反应和缩聚反应，水解和缩聚反应是接连进行的，但又同时在体系中存在，即水解完成的部分开始发生缩聚，而剩余的水解反应仍在进行），得到分散有氟化二氧化硅纳米粒子的醇溶液；其中，每100ml醇溶液中正硅酸乙酯的加入量为2.74g，十七氟癸基三甲氧基硅烷的加入量为7.5g；

74、（2）将分散有氟化二氧化硅纳米粒子的醇溶液倒至敞口玻璃容器，并用密封膜封口，再将直径10mm的超声探头穿过密封膜，浸入分散有氟化二氧化硅纳米粒子的醇溶液中，浸入深度为溶液高度的2/3，然后开启超声，超声功率为250w，超声模式为3s/1s脉冲，超声时长为5min，超声结束后得到喷涂液；

75、（3）利用高速雾化喷枪将喷涂液以1.5~2.0ml/cm2的密度喷涂至吸收层的表面，干燥后，即在吸收层上形成超疏水层，其中，高速雾化喷枪的喷嘴口径为0.3mm，喷枪压力为8~9psi，喷枪空气流量为7~7.5l/min（通过控制喷枪空气流量可以控制喷雾量，溶剂的快速挥发可以保证吸收层表面始终保持半干燥状态，防止喷雾量过大形成液流）；喷涂的氟化二氧化硅粒子在高速喷射所带来的加速撞击与重力的协同作用下，会部分沉入吸收层，首先依靠化学键初步结合，并在表面干燥定型后形成牢固的机械结合，可提高超疏水层的耐用性，在表面有脏污物质时，通过小股水流的冲刷，即可将脏污物质带走，表面仍然保持干燥且重新恢复清洁，因此电磁屏蔽复合材料表现出优异的自清洁性能。

76、如上所述的一种电磁屏蔽复合材料，吸收层的含水量随环境的相对湿度变化；

77、吸收层的含水量不超过10wt%时，吸收层呈泡沫态；电磁屏蔽复合材料的电磁屏蔽效能为64.6~75.6db，电磁衰减率为99.9%，吸收占比为93.4~97.5%，电磁波反射系数为0.33~0.68，导热系数为0.035~0.052w/(m•k)；

78、吸收层的含水量大于10wt%且小于等于60wt%时，吸收层呈气凝胶态；电磁屏蔽复合材料的电磁屏蔽效能为78.1~100.5db，电磁衰减率为99.99~99.999%，吸收占比为94.4~97.7%，电磁波反射系数为0.34~0.68，导热系数为0.101~0.125w/(m•k)，抗拉强度为77.86~160.15kpa，弹性模量为183.2~529.2kpa；

79、吸收层的含水量大于60wt%时，吸收层呈水凝胶态；电磁屏蔽复合材料的电磁屏蔽效能为76.4~78.0db，电磁衰减率为99.9%，吸收占比为94.0~97.8%，电磁波反射系数为0.29~0.61，灵敏度为1.78~3.67，湿度响应范围为20~90%；

80、由此可知，当吸收层呈泡沫态或气凝胶态时，电磁屏蔽复合材料是良好的隔热材料，能够充分隔绝因屏蔽电磁波产生的热量对精密电子器件的影响；当吸收层呈水凝胶态时，电磁屏蔽复合材料可作为一种柔性湿度传感器使用，该产品在较宽的湿度范围下具有一定的电阻灵敏度、可循环、响应快的特点，且柔性极好，可耐多次折叠，并回弹性好，可以应用在柔性压缩或者拉伸装置上以满足不同的使用场景。

81、本发明产品各层的力学性能各有不同，吸收层最佳，反射层稍次，超疏水层较次，但各层之间的协同作用对整体的力学性能大有裨益。吸收层力学性能最好，由于pam基体的存在而富有柔性和弹性，其多孔结构能够对外界应力产生缓冲作用，产品的气凝胶态和水凝胶态在外力作用下能发生大程度地形变而不破损；反射层具有一定的力学性能，能够随着吸收层的弯折而发生相应的弯曲，这归因反射层中二维mxene与一维tocnf构建的网络结构，且tocnf本身具有良好的柔性，这有利于消散载荷；但由于反射层经过热压致密化，柔性相比于具有孔洞结构的吸收层较差。此外，各层间丰富的异质界面发挥协同作用，将内应力顺利排出，阻断裂纹的扩展，即若某一层发生断裂，其因断裂产生的裂纹也会被局限在该层中而不会扩散至整个产品，这极大地保证了产品在使用过程中即使遭受损伤也不易发生解体，提高了产品性能的稳定性。

82、本发明的电磁屏蔽复合材料的制备过程中，各层之间形成物理或化学连接，吸收层和反射层间又有强氢键作用，这些连接与氢键作用一旦形成，则是持久且稳定的，大大提高了力学性能；而现有技术中，一般是以胶粘的方式将各层连接在一起，这种组装方式势必会向体系中引入“胶”的成分，胶多为聚合物，对电磁波的屏蔽起不到任何积极作用，相反增大了制品的密度，违背了屏蔽材料要求的“薄、轻、宽、强”，甚至有可能损害屏蔽性能；胶的种类繁多，有些胶固化后质地较制品而言相对坚硬且脆，在制品弯折时可能会破坏制品的完整性，且很大程度上限制了制品使用时的灵活性；有些胶在受热过程中会发生热分解或者软化导致层间结合力削弱，进而使得制品完整性受损，限制了制品的应用范围。

83、本发明的电磁屏蔽复合材料实现了低导电填料含量下的超高绿色屏蔽，例如电磁屏蔽复合材料中导电填料的总含量为22.35wt%时，电磁屏蔽复合材料的电磁屏蔽效能达到了100.5db，现有技术的电磁波屏蔽材料的电磁屏蔽效能一般只能达到40~70db，即便能够达到100db以上，所对应的导电填料的总含量也超过40wt%。

84、本发明的电磁屏蔽复合材料的屏蔽性能中吸收占比高达97.8%，即大部分入射电磁波都被吸收，几乎没有二次污染。

85、有益效果：

86、本发明的电磁屏蔽复合材料集成了屏蔽、隔热、传感等性能，并且能够通过状态转化突出显现不同性能，能应用于环境湿度多变的场景，有着更大的实际应用潜力，且表面超疏水层可稳定持久地发挥拒水功能及对表面脏污的自清洁功能。

87、本发明的电磁屏蔽复合材料，电磁屏蔽性能优越，大幅度超出民用商用电磁屏蔽标准，可满足大部分条件下的电磁屏蔽应用要求。

88、本发明的电磁屏蔽复合材料的制备方法，工艺简单，可重复性强，对设备的要求低，工艺过程安全无污染。

89、本发明的电磁屏蔽复合材料中，所选材料如mxene、cnt、pam、tocnf等均具有较好的本征力学性能，其柔性好、可延展等优点有利于其获得优良且全面的力学性能，受外力压迫或拉伸时不易发生结构的坍塌，能够承受一定的外力载荷，水凝胶态产品的可回弹性能够满足在外力作用后恢复原状；本发明制品的多层设计不仅对电磁屏蔽性能有极大的增益作用，而且可利用丰富的界面阻断裂纹扩展，在某一层出现缺陷裂纹时制品整体结构仍保持完整。