高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物的制备方法及其应用

本发明涉及复合织物的制备，尤其涉及高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物的制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着柔性电子和可穿戴设备的快速发展，对兼具高导电性、电磁屏蔽（emi）功能与穿着舒适性的智能织物的需求日益迫切。传统的导电织物制备方法通常面临一个根本性矛盾：为实现高导电性，需要引入致密连续的导电网络，但这往往会堵塞织物的孔隙，严重损害其透气透湿性，影响穿着舒适度。反之，为保持舒适性而采用的轻量化涂层，则因导电网络不连续、界面结合弱，导致导电性差、耐久性不足，易在机械应力或环境作用下失效。

2、现有技术中，mxene（如ti3c2tx）和液态金属（如egain）因其优异的导电性和可加工性，被广泛研究用于制备导电涂层。然而，如何将这些材料稳定、均匀地负载于织物纤维表面，同时构建牢固的界面以防止脱落和氧化，并最终保持织物的多孔结构与舒适性，仍是一个巨大的挑战。因此，开发一种能够协同解决导电性、屏蔽效能、耐久性与舒适性之间矛盾的制备方法，具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供复合织物的制备方法，其实现了能够协同解决导电性、屏蔽效能、耐久性与舒适性之间矛盾，形成了一种兼具高导电性、优异电磁屏蔽性能、良好透气透湿性及环境稳定性的复合织物及其制备方法，适用于可穿戴电子、电磁防护服装、红外隐身、柔性加热及生物医学传感等领域。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现。

3、一方面，高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物的制备方法，包括以下步骤：

4、通过阳离子化改性棉织物，得到带正电荷的棉织物；

5、mxene纳米片溶液与带正电荷的棉织物进行静电吸附，得到吸附有mxene纳米片且带正电荷的棉织物；

6、制备液态金属-海藻酸钠悬浮液，并沉积在吸附有mxene纳米片且带正电荷的棉织物，辊压形成连续液态金属导电层；

7、于连续液态金属导电层上施加疏水层进行封装，得到高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物。

8、进一步地，所述阳离子化改性棉织物至少包括棉织物的预处理、棉织物的硅烷化改性和棉织物的阳离子单体接枝。

9、进一步地，所述棉织物的硅烷化改性具体为：将预处理厚的棉织物，浸泡于含有3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的改性溶液，所述改性溶液中还包括无水乙醇、冰醋酸以及去离子水混合后构成的溶剂。

10、进一步地，所述棉织物的阳离子单体接枝具体包括将硅烷化改性后的棉织物于[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵溶液和过硫酸钾水溶液混合后的混合液中反应，进行自由基聚合接枝。

11、进一步地，所述mxene纳米片溶液中的mxene纳米片，具体是少层ti3c2tx纳米片，通过lif/hcl溶液蚀刻ti3alc2前驱体后剥离获得。

12、进一步地，还包括制备液态金属-海藻酸钠悬浮液的制备，具体为：将液态金属与的海藻酸钠水溶液混合，在冰水浴中超声破碎，然后经过离心清洗，得到表面由海藻酸钠稳定的液态金属纳米颗粒水分散液。

13、进一步地，所述液态金属为共晶镓铟合金，液态金属-海藻酸钠悬浮液的浓度为4-10 mg/ml。

14、进一步地，所述疏水层为氟碳系或有机硅类疏水剂涂层，其通过浸渍或喷涂方式施加在连续液态金属导电层上，然后固化得到所述复合织物。

15、第二方面，上述的高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物材料的制备方法得到的复合织物在电子设备领域中的应用。

16、进一步地，所述应用具体为所述复合织物在可穿戴电子、电磁屏蔽服装、红外隐身、柔性加热或生物医学传感中的应用。

17、本发明的有益效果如下：

18、本发明的制备方法，通过对棉织物进行系统的界面工程改造，成功制备出兼具金属级高导电性、优异电磁屏蔽效能和良好穿着舒适性的复合织物。通过分层级构建强界面结合（静电吸附-配位键合-疏水封装），突破了传统导电织物在“导电性-耐久性-透气性”三者之间难以协同的长期技术瓶颈，实现了性能与舒适性的统一。所制得的复合织物，不仅保留了织物基底的柔韧性与多孔结构，更整合了多种功能。

19、本发明以阳离子化改性的棉织物作为柔性基底，不仅有效继承了天然纤维的柔软、透气和生物相容性，更通过表面引入稳定正电荷，为后续纳米材料的精准、牢固负载奠定了关键基础。

20、本发明以mxene纳米片作为底层导电网络骨架，凭借其高比表面积、丰富表面官能团和高本征电导率，通过强静电相互作用均匀稳固地锚定于纤维表面，形成了稳定、连续的初级导电通路，为整个功能体系提供了可靠的力学与电学支撑。

21、本发明以lm作为顶层高性能导电增强层，创新性地采用纳米颗粒沉积与温和辊压工艺，促使其在纤维表面铺展形成致密、连续的金属化导电层。此过程不仅大幅提升了整体电导率，更通过其与下层mxene之间形成配位化学键（ti-o→ga3+），极大增强了层间结合力与电荷传输效率，构成了稳固的导电体系。

22、本发明采用疏水层对功能化织物进行最终封装，该外层不仅有效抵御了环境中的水分、氧气及汗液等对内部敏感导电组分的侵蚀与氧化，显著提升了材料的长期环境稳定性，还赋予了织物优异的抗污染和自清洁能力，确保了其在复杂使用环境下的功能可靠性与使用寿命。

23、本发明所制备的复合织物展现出卓越的综合性能：在宽频段范围内具有高效的电磁波衰减能力；得益于其独特的结构设计，在获得极高电导率的同时，依然保持了优良的透气与透湿性，穿戴舒适；此外，该材料还表现出高效的焦耳加热性能、可调控的红外隐身特性以及经实验验证的良好生物相容性，为其在下一代智能可穿戴、个人热管理、电磁防护及柔性电子等领域的广泛应用提供了坚实的材料基础。

1.高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物的制备方法，其特征在于，所述阳离子化改性棉织物至少包括棉织物的预处理、棉织物的硅烷化改性和棉织物的阳离子单体接枝。

3.根据权利要求2所述的高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物的制备方法，其特征在于，所述棉织物的硅烷化改性具体为：将预处理厚的棉织物，浸泡于含有3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的改性溶液，所述改性溶液中还包括无水乙醇、冰醋酸以及去离子水混合后构成的溶剂。

4.根据权利要求2所述的高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物的制备方法，其特征在于，所述棉织物的阳离子单体接枝具体包括将硅烷化改性后的棉织物于[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵溶液和过硫酸钾水溶液混合后的混合液中反应，进行自由基聚合接枝。

5.根据权利要求1所述的高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物的制备方法，其特征在于，所述mxene纳米片溶液中的mxene纳米片，具体是少层ti3c2tx纳米片，通过lif/hcl溶液蚀刻ti3alc2前驱体后剥离获得。

6.根据权利要求1所述的高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物的制备方法，其特征在于，还包括制备液态金属-海藻酸钠悬浮液的制备，具体为：将液态金属与的海藻酸钠水溶液混合，在冰水浴中超声破碎，然后经过离心清洗，得到表面由海藻酸钠稳定的液态金属纳米颗粒水分散液。

7.根据权利要求6所述的高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物的制备方法，其特征在于，所述液态金属为共晶镓铟合金，液态金属-海藻酸钠悬浮液的浓度为4-10 mg/ml。

8.根据权利要求1所述的高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物的制备方法，其特征在于，所述疏水层为氟碳系或有机硅类疏水剂涂层，其通过浸渍或喷涂方式施加在连续液态金属导电层上，然后固化得到所述复合织物。

9.如权利要求1-8任意之一所述的高导电性与电磁屏蔽性能的复合织物材料的制备方法得到的复合织物在电子设备领域中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用具体为所述复合织物在可穿戴电子、电磁屏蔽服装、红外隐身、柔性加热或生物医学传感中的应用。