一种双导电网络结构吸收型电磁屏蔽复合材料及其制备方法

本发明涉及电磁屏蔽材料领域，尤其涉及一种双导电网络结构吸收型电磁屏蔽复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、电磁辐射污染已成为当今社会生态环境中最主要的污染问题之一。随着便携式电子设备的广泛应用，5g以及未来的6g无线通讯技术不可避免地会产生大量不同频率的电磁辐射，导致电磁辐射在空间中的积累。这不仅干扰了电子设备的正常运行，并对环境产生了负面影响，长期暴露于强电磁辐射下还可能引发一些组织的病变，严重威胁人体健康。因此，开发新型高性能电磁屏蔽材料，以促进电磁辐射的吸收和耗散，成为当前研究的重点。

2、目前，由聚合物基体和导电填料组成的导电聚合物复合材料，因其轻质、易加工、柔韧性好以及耐腐蚀等优点，在电磁屏蔽材料的制备中取得了显著进展。然而，由于聚合物本身的电导率较低，为了提高电磁屏蔽能力，往往需要在聚合物基体中填充大量的导电填料，以形成导电网络。然而，过多的导电填料会加剧材料与空气之间的阻抗失配，从而导致电磁波的高反射率，并引发严重的二次污染。

3、因此，如何在确保良好的材料与空气之间的阻抗匹配的同时，实现高效的电磁屏蔽和高吸收性能，成为当前电磁屏蔽材料研究的热点问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双导电网络结构吸收型电磁屏蔽复合材料及其制备方法。本发明的吸收型电磁屏蔽复合材料包括多孔结构层以及设于其两个表面的低导电电磁屏蔽层和高导电电磁屏蔽层；本发明通过低导电电磁屏蔽层来实现阻抗匹配，从而吸收更多电磁波，获得较高的吸收系数，同时利用高导电电磁屏蔽层提供较高的屏蔽效能，构建双导电网络结构。具体而言，双导电网络结构中的低导电电磁屏蔽层起到吸收作用，有助于改善屏蔽材料与自由空间之间的阻抗匹配，而高导电电磁屏蔽层则与反射层共同形成“吸收-反射-重吸收”的电磁损耗路径。

2、本发明的具体技术方案为：

3、首先，本发明提供了一种双导电网络结构吸收型电磁屏蔽复合材料，其包括至少一层层叠的多孔结构层，以及分别设于层叠后多孔结构层的两个表面的至少一层低导电电磁屏蔽层、至少一层高导电电磁屏蔽层。

4、其中，所述多孔结构层为纳米纤维膜，三聚氰胺泡沫和epe泡沫中的一种或多种；所述低导电电磁屏蔽层为含有碳纳米导电填料的纳米纤维膜；所述高导电电磁屏蔽层为含有纳米银的纳米纤维膜。

5、在本发明中，高、低导电电磁屏蔽层形成双导电结构的导电网络，在薄膜内部构建了“吸收-反射-重吸收”的电磁屏蔽机制。其中，低导电电磁屏蔽层可以改善阻抗匹配，减少微波在膜表面的反射，高导电电磁屏蔽层作为屏蔽反射层，提供了优异的电磁屏蔽性能。因此，本发明制备的电磁屏蔽复合材料不仅对电磁波有较高的吸收效能，而且具有优异的电磁屏蔽性能。本发明通过调节高、低电磁屏蔽复合材料或改变多孔结构层的厚度，能够制备出屏蔽性能高达72.79db、吸收系数达到0.95的屏蔽材料。该材料不仅具备优异的电磁屏蔽效能，还满足轻质、柔软和高屏蔽性能的要求，具有广泛的应用前景，尤其适用于人体防护、通信电子、航空航天及高精尖领域。

6、优选地，所述低导电电磁屏蔽层的电磁屏蔽效能set范围小于20db；所述高导电电磁屏蔽层的电磁屏蔽效能set范围大于20db。

7、优选地，所述多孔结构层的总厚度为0.2-10mm。

8、其次，本发明提供了一种双导电网络结构吸收型电磁屏蔽复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

9、s1、利用静电纺丝将聚合物纺丝液制备为纳米纤维膜。

10、s2、将s1所得纳米纤维膜置于含盐酸多巴胺的碱性溶液中，搅拌后清洗干燥，再浸入硝酸银溶液中，用氨水调节ph值使溶液由棕色变为透明，加入葡萄糖，搅拌，水洗，干燥，得到高导电电磁屏蔽层。

11、s3、将s1所得纳米纤维膜、三聚氰胺泡沫和epe泡沫中的一种或多种通过热压制成层叠的多孔结构层。

12、s4、将s1所得纳米纤维膜先在聚丙烯酸钠溶液中一次浸泡，再在聚乙烯亚胺溶液中二次浸泡；然后将纳米纤维膜置于含碳纳米导电填料的分散液中进行吸附，清洗，干燥，得到低导电电磁屏蔽层。

13、s5、将至少一层高导电电磁屏蔽层、层叠的多孔结构层和至少一层低导电电磁屏蔽层热压粘合。

14、优选地，s1中，所述聚合物选自聚酰胺、聚氨酯弹性体、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素、醋酸纤维素、壳聚糖、明胶和蚕丝蛋白中的至少一种；进一步优选热塑性聚氨酯弹性体。

15、优选地，s1中，单层纳米纤维膜的厚度为0.05-1mm。

16、优选地，s2中，所述碱性溶液中盐酸多巴胺的含量为1-3g/l，ph为8-9；所述硝酸银溶液中硝酸银的浓度为6-10g/l；所述葡萄糖的用量为硝酸银质量的1.8-2.2倍。

17、优选地，s3中，所述纳米纤维膜，三聚氰胺泡沫和epe泡沫中的一种或多种通过热压tpu热熔网膜粘连。

18、优选地，s4中，所述聚丙烯酸钠溶液中聚丙烯酸钠的浓度为0.8-1.2wt％，ph为1-2，所述一次浸泡的时间为3-10min；所述聚乙烯亚胺溶液中聚乙烯亚胺的浓度为0.3-0.7wt％，ph为8.5-9.5，所述二次浸泡的时间为3-10min。

19、优选地，s4中，所述吸附的时间为15-300min。

20、优选地，s4中，所述碳纳米导电填料选自炭黑、石墨烯、碳纳米管和碳纳米片中的至少一种；进一步优选碳纳米管。

21、优选地，s4中，所述分散液中碳纳米导电填料的含量为10-30g/l。

22、与现有技术对比，本发明的有益效果是：

23、(1)本发明电磁屏蔽复合材料的构型具有更大的自由度。高、低导电电磁屏蔽层与多孔结构层之间的制备方式相互独立，不同高、低导电磁屏蔽层和多孔结构层可进行自由组合，从而便于调节电磁屏蔽材料的反射或吸收主导特性。

24、(2)本发明通过制备具有双导电网络结构的电磁屏蔽复合材料，能够在有效降低电磁波反射的同时，显著提升材料的电导率和电磁屏蔽性能，从而实现低反射、高导电性和高屏蔽性能的目标。

25、(3)本发明通过调节低导电电磁屏蔽层的屏蔽效能，可有效调节电磁屏蔽材料的吸收系数；此外，通过改变多孔结构层的厚度，也能进一步调节电磁屏蔽材料的吸收系数；而通过提升高导电电磁屏蔽层的屏蔽效能，则能够有效提升材料的总屏蔽效能，且对吸收系数的影响较小。

26、(4)相较于传统屏蔽材料的制备方法，本发明具有更为简便和可行的制备工艺，同时结构设计更为新颖，提升了材料的应用灵活性。

1.一种双导电网络结构吸收型电磁屏蔽复合材料，其特征在于：包括至少一层层叠的多孔结构层，以及分别设于层叠后多孔结构层的两个表面的至少一层低导电电磁屏蔽层、至少一层高导电电磁屏蔽层；

2.如权利要求1所述的双导电网络结构吸收型电磁屏蔽复合材料，其特征在于：

3.一种如权利要求1或2所述双导电网络结构吸收型电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：s1中，所述聚合物选自聚酰胺、聚氨酯弹性体、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素、醋酸纤维素、壳聚糖、明胶和蚕丝蛋白中的至少一种。

5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：s1中，单层纳米纤维膜的厚度为0.05-1mm。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：s2中，

7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：s3中，所述纳米纤维膜，三聚氰胺泡沫和epe泡沫中的一种或多种通过热压tpu热熔网膜粘连。

8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：s4中，

9.如权利要求3或8所述的制备方法，其特征在于：s4中，所述吸附的时间为15-300min。

10.如权利要求3或8所述的制备方法，其特征在于：s4中，