[發明專利]基于MXene二維材料電磁屏蔽涂層的制備及應用

在審

• 申請號: 202010061503.5
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111171703A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 馬貴平;張超;趙悌軍;陳斌凌;陳永惠;聶俊
• 申請（專利權）人: 北京化工大學常州先進材料研究院
• 主分類號: C09D175/14
• 分類號: C09D175/14;C09D7/61;D21H19/24;D21H19/16;D21H21/14
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本發明涉及電磁屏蔽材料技術領域，尤其涉及基于MXene二維材料電磁屏蔽涂層的制備及應用。為了進一步提高電磁屏蔽涂料的電磁屏蔽效果，本發明提供一種基于MXene二維材料的光固化涂層，由樹脂基聚合單體、光引發劑、流平劑、分散劑、電磁屏蔽材料組成，本發明所制備的基于MXene二維材料的光固化涂層具有良好的電磁屏蔽效果，電磁屏蔽性能可達到2000～25000dBcm²g^?1；本發明所制備的基于MXene二維材料的光固化涂層具有較好的力學性能，其硬度可達到6H；本發明通過調節脂肪族聚氨酯類齊聚物與丙烯酸酯單體的比例和含量來調節光固化涂層的力學性能和電磁屏蔽效果，工藝簡單，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及電磁屏蔽材料技術領域，尤其涉及基于MXene二維材料電磁屏蔽涂層的制備及應用。

背景技術

電磁屏蔽涂料是電導率在10^-10s·cm^-1以上，具有傳導電流和排除積累靜電荷能力的涂料。該涂料一般含有基體樹脂、溶劑和導電填料，可以在基材上形成電磁屏蔽涂層。電磁屏蔽涂層一方面可以防止環境中電磁波輻射對電子產品信號的干擾，使電子產品的信號保真、穩定；另一方面可以防止電子產品對環境的電磁波輻射污染，使電子產品的信號保密。該涂料作為一種流體材料，具有制備方法簡單、成本低廉、可以方便地噴涂或刷涂于各種形狀的塑料制品表面，形成導電的電磁屏蔽涂層，從而達到電磁波屏蔽的目的，廣泛應用于電子元件和線路板印刷、建筑業、運輸及軍事、航空航天等領域。電磁屏蔽涂料的關鍵成分在于導電填料，因此開發兼具良好導電性及磁性的導電填料是高性能電磁屏蔽涂料的關鍵。

石墨烯作為高比表面積和高電導率的碳材料，具有良好的電磁屏蔽性能，人們通常將石墨烯、改性石墨烯或石墨烯復合材料作為填料添加到涂料中以獲得具有電磁屏蔽效果的涂料，例如中國發明專利CN104169213 A公開了一種金屬-片狀石墨烯粉末及含有其的電磁波屏蔽用涂料組合物。該專利將金屬結合于片狀石墨烯粉末以減少接觸電阻。但金屬存在抗氧化性差的缺陷，往往在使用過程中造成屏蔽性能下降的問題。中國發明專利CN105111913 A公開了一種石墨烯/納米鐵氧體基水性電磁屏蔽涂料及其制備方法。其采用鐵氧體納米顆粒負載在片狀石墨烯表面的石墨烯/鐵氧體納米復合材料作為填料。但鐵氧體抗腐蝕性能差，同時鐵氧體作為氧化物其導電性能差，雖然結合了納米結構鐵氧體的磁性能，但對石墨烯優異的導電性能會產生不利影響。

MXene是一種新型的具有類石墨烯結構的二維材料，其化學式為M_n+1X_n T_x，其中n＝1，2，3，M為前過渡金屬元素(如Ti，Sc，Zr，Nb等)，X為碳或/和氮元素，T_x為表面官能團(如-OH，-O，-F)。MXene的前驅體MAX相是一類三元層狀化合物，同時具備陶瓷和金屬的優良特性，化學式為M_n+1AX_n，其中M，X，n與上述相同，A為Ⅲ或Ⅳ主族元素。目前通過刻蝕的方法已制備得到20多種MXene，包括Ti₃C₂T_x，Ti₂CT_x，Nb₄C₃T_x等，其中Ti₃C₂T_x是第一種被制備出來的MXene，也是目前研究最深入最廣泛的可應用于超級電容器、鋰離子電池、染料吸附、生物傳感器的二維材料。

MXene二維納米材料具有特殊的層狀微觀結構、良好的熱力學穩定性和機械性能以及具備納米材料豐富多樣的物理和化學性質，被廣泛研究用作輕型高效的電磁波吸收材料。MXene具有大量的缺陷，能夠幫助實現電磁波的增強吸收；MXene表面有活性官能團，使其能夠與其他的離子或分子進行復合反應，從而實現其吸波性能的改善和調控；MXene有較大的二維層間距，能夠對電磁波進行多層反射和散射，提升材料對入射電磁波的吸收效果。

發明內容