[發明專利]并入CNT的EMI屏蔽復合材料和涂層

無效

• 申請號: 201080028527.5
• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN102461361A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: T·K·沙;M·R·奧伯丁;H·C·馬里基
• 申請（專利權）人: 應用納米結構方案公司
• 主分類號: H05K9/00
• 分類號: H05K9/00;G02B6/12
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;張全信

相關申請的陳述

本申請要求于2009年4月24日提交的美國臨時申請61/172,503號和于2009年4月28日提交的美國臨時申請61/173,435號的權益，這兩篇專利申請在此通過引用將它們全文并入。

技術領域

本發明一般地涉及吸收電磁(EM)輻射的材料。

背景技術

由于從外部源發出的電磁傳導或電磁輻射，電路和電子電路的性能可受到不期望擾動的不利影響。這樣的不期望擾動可中斷、阻礙或以其他方式降低電路和電子電路的有效性能。已經開發了用于屏蔽電路和電子電路不受外部電磁干擾(EMI)影響的殼結構。EMI屏蔽通常通過使殼結構配置為限制電磁場穿透入其內的封閉空間而實現。使用導電材料制成的殼結構被稱為“法拉第籠(Faraday?cage)”，其作為屏障起作用以阻擋電磁場。更具體地，并且如現有技術中已知的，法拉第籠是由導電材料形成的護籠(enclosure)，并可用于阻擋外部電磁干擾。當該殼結構受到外部電磁力時，電流在導電殼結構中生成，該電流又產生抵抗和抵消外部電磁場的電磁力。

同樣地，閃電保護系統利用導電殼，為閃電電流提供低電阻路徑，同時減少電流流過導電殼結構的熱效應。這些減少的熱效應減輕了由于雷擊造成的火災。

通常地，用于制造這樣的EMI屏蔽殼結構和/或閃電保護應用的導電材料包括高度導電金屬，例如銅和鋁。然而，這些金屬相對較重。較輕的材料例如復合材料或“復合物”，甚至是那些由導電纖維例如碳制成的材料也通常是絕緣的，并且由于基體材料(例如樹脂)的存在，因此其具有差的EMI屏蔽和閃電保護特性。盡管期望它們具有給定特性，但這樣的復合材料不適于要求良好的EMI屏蔽和/或閃電保護特性的應用。

為了提高復合材料的EMI屏蔽和閃電保護特性，已經將金屬填料、金屬涂層、金屬網或其他金屬部件并入復合材料。然而，這樣的并入產生了更重和更復雜的復合材料。適合用于EMI屏蔽和/或閃電保護應用中的替代復合材料是期望的。本發明滿足這種需要并且也提供了相關的優點。

發明內容

在一些方面，在此公開的實施方式涉及用于電磁干擾(EMI)屏蔽應用的復合材料，其包括位于基體材料的至少一部分中的并入碳納米管(CNT)的纖維材料。該復合材料能夠吸收在大約0.01MHz至大約18GHz之間的頻率范圍內的電磁(EM)輻射、反射在大約0.01MHz至大約18GHz之間的頻率范圍內的EM輻射或其組合。該復合材料的EM屏蔽能力測量為電磁干擾(EMI)屏蔽效能(SE)，在大約40分貝(dB)至大約130dB之間的范圍內。

在一些方面，在此公開的實施方式涉及制造上述復合材料的方法，該方法包括在基體材料的一部分中放置并入CNT的纖維材料，在基體材料內并入CNT的纖維材料具有受控的方向，以及固化基體材料。并入CNT的纖維材料的受控方向控制整體復合結構內并入其上的CNT的相對方向。

在一些方面，在此公開的實施方式涉及包括上述復合材料的板。該板適于與用于EMI屏蔽應用中的器件相接合。該板進一步裝備有電接地。

附圖說明

圖1顯示了通過連續CVD過程在AS4碳纖維上生長的多壁CNT(MWNT)的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。

圖2顯示了通過連續CVD過程在AS4碳纖維上生長的雙壁CNT(DWNT)的TEM圖像。

圖3顯示了從隔離涂層(barrier?coating)內生長的CNT的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，其中形成CNT的納米顆粒催化劑被機械地并入到碳纖維材料表面。

圖4顯示SEM圖像，其顯示在碳纖維材料上生長的CNT長度分布的一致性為大約40微米的目標長度的20％之內。

圖5顯示SEM圖像，其顯示隔離涂層對CNT生長的影響。密集的、良好排列的CNT生長在施加隔離涂層的位置，而在沒有隔離涂層的位置不生長CNT。

圖6顯示碳纖維上的CNT的低放大率SEM，其顯示在整個纖維中CNT密度的均勻性在大約10％之內。

圖7顯示了具有并入碳納米管(CNT)的纖維材料的EMI屏蔽復合材料的橫截面圖。

圖8顯示了適合用作在制品例如EMI屏蔽板上的涂層中的EMI屏蔽材料的并入碳納米管的纖維絲束。

圖9顯示了應用在復合材料上以提高復合材料的EM屏蔽特性的并入碳納米管的纖維絲束涂層。

圖10顯示了用于并入碳納米管的纖維的涂層系統的示意圖。

圖11顯示根據本發明的例證性實施方式，生產并入CNT的碳纖維材料的方法。