[發明專利]一種在電磁屏蔽領域應用的柔性碳納米管/金屬復合膜的制備方法

在審

• 申請號: 201910301039.X
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN109881229A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 黎業生;呂超;吳子平;馬源
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: C25D5/54
• 分類號: C25D5/54;C25D5/18;C01B32/158;C01B32/16;C01B32/168
• 代理公司: 南昌佳誠專利事務所 36117
• 代理人: 閔蓉

一種在電磁屏蔽領域應用的柔性碳納米管/金屬復合膜的制備方法，涉及一種在碳納米管膜表面生長金屬粒子，以達到提高現有碳納米管膜電磁屏蔽效能的方法。依次采用如下步驟：步驟一，碳納米管膜表面形貌構筑；步驟二，電沉積液配置；步驟三，陰極沉積件組裝；步驟四，碳納米管膜表面生長金屬粒子。本發明所得碳納米管膜具有高的導電性能，優異的柔性和較輕的重量，所采用的方法設備簡單，成本低，無污染，可重復利用，電沉積工藝可實現工業化等特點。

技術領域

本發明涉及一種在碳納米管膜表面生長金屬粒子，以達到提高現有碳納米管膜電磁屏蔽效能的方法。

背景技術

現代科學技術發展日新月異，互聯網的出現使電子設備在人們生活中的使用也日趨廣泛，甚至成為生活中必不可少的一部分，如智能手環、手機、電腦等。然而，電子設備在給人們生活帶來便利的同時，伴隨其而來的電磁波干擾（Electromagnetic interference,EMI）成為了繼噪音污染、空氣污染、水污染后又一大新的環境污染源。消除電磁波對人類生活的影響成了一個重要研究課題，尤其是目前可穿戴電子器件快速興起，更是對屏蔽材料提出了更高要求。因此開發輕質、具有柔性且屏蔽效能高的屏蔽材料已成為一個現實問題，也是將來很長一段時間新型電磁屏蔽材料的發展趨勢。電磁波是一種能量波，根據麥克斯韋方程，其具有電場分量和磁場分量。依據電磁波的特性，提高屏蔽材料的導電性和提高屏蔽材料的導磁性都可提高屏蔽效能的效果。自碳納米管被發現并進入人們視野以來，受到學術界的廣泛關注，并一度引起研究熱潮。碳納米管具有最簡單的化學組成及原子結合狀態，呈現出優異的物理、化學、電學和熱學性能，這些優良的性能使得碳納米管在問世之初即引起業界的興趣。基于碳納米管的高導電性，在聚合物中加入碳納米管獲得的復合物薄膜具有良好的電磁屏蔽效能（EMI shielding effectiveness (SE），Li等在《NanoLetters》2006年第6卷1141-1145頁《Electromagnetic interference (EMI) shieldingof single-walled carbon nanotube epoxy composites》一文中報道的碳納米管基聚合物薄膜在含15wt % 的碳納米管在100 MHz電磁波下測量的SE為49 dB，Chaudhary等在《Journal of Materials Chemistry C》2017年第5卷322-332頁《Integration of MCMBs/MWCNTs with Fe₃O₄ in a flexible and light weight composite paper for promisingEMI shielding applications》一文中報道的由Fe₃O₄納米顆粒和中間體碳微球與多壁碳納米管復合紙組成的柔性屏蔽材料，用于在X波段頻率的屏蔽，這些表明碳納米管基薄膜有望成為一種新型的柔性薄膜屏蔽材料。碳納米管本身具有超高的導電性，通過物理或化學方法制備出的碳納米管薄膜材料雖然是由眾多微小尺寸的碳納米管集合而成的二維材料，但其實際的導電性與碳納米管的理論值相比有明顯差距，這大大限制其性能的發揮。如，Wu等在《Scripta Materialia》2011年第64卷809-812頁《Electromagnetic interferenceshielding of carbon nanotube macrofilms》一文中報道的，通過浮動裂解CVD法制備出了大面積的碳納米管宏觀薄膜，并將其分別作為柔性薄膜屏蔽材料應用到電磁屏蔽領域。由于受到碳納米管膜導電性影響，其EMI SE 為30-40 dB。因此，對碳納米管及其膜材料進行改性，提高其導電性，是對推動碳納米管及其膜材料真正實現在柔性電磁屏蔽領域商業化應用的關鍵一環。基于金屬優良的導電性，通過電沉積的方式，將金屬與碳納米管膜進行復合，得到兼具柔性與高導電性的復合薄膜，是一種簡單且具有工業化前景的思路。然而，碳納米管具有疏水特性，宏觀的碳納米管膜這一特性表現得尤為明顯，這導致常用的水系電沉積液很難潤濕碳納米管及其膜材料，電沉積液中的金屬陽離子在碳納米管膜表面沉積的阻力較大，故而很難有效的獲得金屬粒子沉積。雖然部分金屬的電沉積工藝可以選用非水系的離子電沉積液，但該類電沉積液的價格較高，生產成本將大大提高。此外，碳納米管膜的表面在微觀結構是不規則的，會引起電流的不均勻分布，直接導致沉積金屬分布的不均勻性。綜上所述，常規的電沉積方式很難使金屬粒子有效、均勻的在碳納米管膜表面生長。因而探索一種能使金屬粒子均勻、高效的生長在碳納米管膜上的方法，對碳納米管膜的實際應用具有重要意義與商業價值。