一种柔性宽频吸波织物及其制备方法

1.本发明属于功能性织物领域，特别涉及一种柔性宽频吸波织物及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着电子技术的快速发展，人们接触到的电磁辐射越来越多，不可避免地对人类健康产生一定的影响。此外，电磁干扰也会影响移动电话、医疗仪器、可穿戴设备等电子设备的正常功能，从而带来显著的电磁兼容性问题。电磁屏蔽材料可以通过表面反射、多次反射和吸收等方式有效地阻挡电磁波。其中，一种有效的方法是使用吸波材料使电磁波能量尽可能地在材料内被消耗。目前，基于碳基铁、碳纳米管、石墨烯及mxene等的电磁波吸收材料已经被广泛研究，然而轻质、柔性以及频率可调节的宽频吸波材料仍亟待解决。


技术实现要素：

3.针对上述技术缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性宽频吸波织物及其制备方法。
4.本发明的一种柔性吸波织物，所述吸波织物由上到下依次包括：电阻性周期图案层、织物介质层、反射层或导电层。
5.所述吸波织物通过电阻性图案层和/或织物介质层的参数调整吸波频带；其中电阻性图案层参数包括形状、尺寸、排列、方阻值中的一种或几种；所述织物介质层的参数包括厚度和/或相对介电常数。
6.不同于传统宽频吸波织物，该织物设计自由度高，可以通过改变顶层结构的参数如图案、尺寸和方阻值、以及中间介质层的材料参数如厚度及相对介电常数来调整吸波频带。
7.优选地，所述周期性图案单元包括但不限于方环、圆环、日字形中的一种或几种；
8.优选地，所述周期性图案材料为导电pu膜，填充的导电颗粒包括但不限于导电炭黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。
9.优选地，介质层织物为普通织物中一种，材质包括但不限于棉、毛、丝、涤纶、锦纶中的一种或多种混纺织物，织物参数需根据目标频带和应用场景要求确定。
10.优选地，所述底层反射层对电磁波的反射系数范围为99.99-100％。
11.本发明的一种柔性吸波织物的制备方法，包括：
12.(1)根据目标吸波频带，利用电磁仿真软件设计周期性图案单元的形状、尺寸和排列方式，并确定织物介质层；
13.(2)将导电膜粘贴在带有轻微粘性的转移膜上，然后使用刻绘机在导电膜上切割出周期图案，并去除周期图案以外部分；
14.(3)在织物介质层表面热压tpu膜，然后热压周期性图案，并撕掉转移膜；
15.(4)在织物介质层另一面设有反射层或导电层，得到柔性吸波织物。
16.上述制备方法的优选方式如下：
17.所述步骤(1)中周期性图案单元包括方环、圆环、日字形中的一种或几种。
18.所述步骤(2)中导电膜为导电pu膜，导电pu膜填充的导电颗粒包括导电炭黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种。
19.所述步骤(3)中织物介质为普通织物的一种。
20.所述步骤(3)中织物介质层材质为棉、毛、丝、涤纶、锦纶中的一种或几种的混纺织物。
21.所述步骤(3)中热压tpu膜的温度为120-140℃，热压时间为12-20s；所述热压周期性图案的温度范围为120-140℃，热压时间12-20s。
22.所述步骤(4)中反射层为镀金属织物或金属纤维织物；所述导电层为涂覆导电浆料层或金属镀层。
23.进一步，所述金属镀层为通过电镀、化学镀或磁控溅射方法将金属镀覆于织物介质层。
24.所述步骤(4)中反射层对电磁波的反射系数为99.99-100％。
25.本发明的一种所述柔性吸波材料在可穿戴设备或电磁屏蔽领域中的应用，如电磁屏蔽服装或窗帘等。
26.有益效果
27.本发明中的柔性宽频吸波织物通过简单的三层结构可以实现宽频吸波，且轻质、柔性；可以通过改变顶层结构的参数如图案、尺寸和方阻值、以及中间介质层的材料参数如厚度及相对介电常数来调整吸波频带，频带可调，易于设计。此外，该发明的制备工艺简单、成本低，只需要简单的设备和低廉的材料就可以实现制备。
28.本发明的吸波织物为一种易于设计、轻质、柔性的宽频吸波织物。
附图说明
29.图1是实施例1中吸波织物的结构示意图；其中1、顶层周期性电阻图案；2、中间介质层织物；3、底层反射层；
30.图2是实施例1中不同周期图案方阻吸波织物的吸收率对比图；
31.图3是实施例1中不同周期图案尺寸吸波织物吸收率的对比图；
32.图4是实施例1中不同周期图案形状吸波织物吸收率的对比图；
33.图5是实施例1中不同介质层织物厚度吸波织物吸收率的对比图；
34.图6是实施例1不同介质层织物介电常数吸波织物吸收率的对比图；
35.图7是实施例2中吸波织物的制备工艺流程图；
36.图8是实施例2中制得的吸波织物照片；
37.图9是实施例2中吸波织物的吸收率测试结果。
具体实施方式
38.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
39.实施例1
40.吸波织物结构的几何示意图如图1所示。吸波织物依次包括：顶层周期性电阻膜图案1、中间介质层织物2和底层反射层3。
41.所设计吸波织物的顶层周期图案单元为日字形，方阻值为55ω/sq。介质层织物为空气层织物，厚度为2.6mm，相对介电常数和损耗角正切分别为2
±
0.2和0.02
±
0.01。底层反射织物为单面带胶的镀铜镍织物，厚度为0.1mm，方阻小于0.02ω/sq。通过cst电磁仿真软件优化后的结构尺寸为p＝12mm，l＝5mm，w＝1mm，s＝1mm，h＝2.6mm，d＝0.1mm。
42.当顶层电阻膜周期图案的方阻值不同时，所得吸波织物吸收率的对比如图2所示；当顶层周期图案尺寸p不同时，所得吸波织物吸收率的对比如图3所示；当顶层周期图案形状不同时，所得吸波织物吸收率的对比如图4所示；当介质层织物的厚度h不同时，所得吸波织物吸收率的对比如图5所示；当介质层织物的介电常数不同时，所得吸波织物吸收率的对比如图6所示。
43.实施例2
44.使用实施例1中的设计方案，图案单元日字形，介质层织物为厚度为2.6mm的空气层织物(95％棉+5％氨纶，苏州可祺时装有限公司)，结构周期尺寸p＝12mm，制备吸波织物。制作周期图案使用的材料为方阻为55ω/sq的导电pu膜(嘉兴纳科新材料有限公司)，填充的导电颗粒为导电碳粉和碳纳米管。
45.如图7所示，制备方法具体包括：
46.(1)将导电pu膜粘在带有低粘性的转移膜上，然后使用刻绘机在碳膜上切割日字型，并去掉导电pu膜上日字型多余的部分；
47.(2)在空气层织物上热压一层tpu膜(东莞市润丰新材料科技有限公司)，热压温度130℃，热压时间15秒；
48.(3)将切割好的图案热压在粘贴有tpu膜的空气层织物上，热压温度130℃，热压时间15秒；
49.(4)撕掉转移膜；
50.(5)将单面带胶的镀铜镍织物(方阻小于0.02ω/sq，合肥爱家防辐射科技有限公司)粘贴在空气层织物的另一侧。
51.最终制得的吸波织物如图8所示。在8-15ghz的测试范围内的测试结果如图9所示。吸收率大于90％的带宽为9-15ghz，实现了电磁波的宽频吸收。