[發明專利]一種鋸齒狀導電硅橡膠納米復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210517667.3
• 申請日: 2022-05-13
• 公開（公告）號: CN114854199B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 張廣法;閆業海;張躍康;趙素敏;趙平;張笑涵;藺浩亭
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08K3/04;C08K3/14;C08K7/00;C08K3/08;C08L79/02;C08L65/00;H05K9/00;B33Y70/10
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 付麗麗

本發明公開了一種鋸齒狀導電硅橡膠納米復合材料及其制備方法和應用。所述制備方法如下：首先利用高導電性碳納米材料，在鋸齒狀模具中構建出三維連續的導電氣凝膠網絡；隨后將硅橡膠預聚物填充到凝膠網絡中，固化/脫模后形成具有特定夾角的柔性鋸齒狀導電硅橡膠材料。該復合材料能夠在極低填料含量(≤5.0wt％)下，表現出優異的導電性。此外，在保持導電填料含量固定情況下，通過簡單調控鋸齒狀材料的夾角角度(15～120°)可有效調節材料的電磁屏蔽效能數值，如在X波段(8.2～12.4GHz)下的電磁屏蔽效能可在31.0～48.3dB范圍內可控調節。同時，該宏觀鋸齒狀結構還具有優異的角度穩定性，經過1000次的循環壓縮?拉伸測試，鋸齒形結構的角度未發生明顯變化。

技術領域：

本發明涉及電磁屏蔽領域，具體涉及一種具有鋸齒狀宏觀結構設計的電磁屏蔽用導電硅橡膠納米復合材料。

背景技術：

隨著5G技術的快速興起，電磁波在我們日常生活中扮演著愈發重要的角色。但電磁波的廣泛應用也帶來了眾多不利影響，如電磁干擾、電磁污染等，給人體健康以及精密電子儀器的使用帶來了顯著危害。電磁屏蔽技術是有效抑制電磁污染的重要手段之一。作為電磁屏蔽技術的核心要素，高性能電磁屏蔽材料的設計與制備成為該領域的研究熱點。新型導電聚合物基復合材料具有輕質、柔韌性高、耐腐蝕、成本低、加工性能好等優勢，被認為是比傳統金屬基電磁屏蔽材料更具前景的替代方案之一。

導電聚合物基復合材料的電磁屏蔽效能主要與其填料的電導率以及填料的分布性有關。相比于重量大、易腐蝕、難分散的金屬填料，近年來發展的以石墨烯、碳納米管等材料為主的新型碳材料不僅具有較高的導電性，還具有輕質、耐高溫、抗氧化、化學性質穩定、易分散等顯著優點，因此廣泛被應用于制備高效電磁屏蔽用導電聚合物基復合材料。

硅橡膠是一種具有優異耐高低溫、耐輻射、耐老化、生物相容性好等優點的高性能彈性體材料，因此硅橡膠在制備聚合物基導電復合材料方面展現出明顯的優勢。Zhao等人報道了一種石墨烯/碳納米管/硅橡膠基復合材料(ACS?Appl.Mater.Interfaces,2018,10(31),26723-26732)，展現出較好的電磁屏蔽性能，但該復合材料外觀為單一的平板狀，只能用于常規情況，難以滿足復雜場景的電磁屏蔽應用需求。

隨著電磁屏蔽技術的快速發展，更加苛刻的屏蔽場合要求電磁屏蔽材料必須要擺脫目前單一的宏觀形態，向多元化、可定制化的方向發展。比如，考慮到電磁屏蔽材料的廣泛應用性，絕大多數場景需要的電磁屏蔽材料并不是理想的平板狀，而大多數是非規則的形狀(如彎曲狀、折疊狀、圓筒狀、錐狀、圓球狀等)。例如裝有精密電子元器件的屏蔽箱的箱蓋在使用過程中需要經常打開關閉，相比于平板狀屏蔽材料，鋸齒形的結構可以盡量減少箱體開合處的縫隙，實現更好的電磁屏蔽效果；在軍事、航空、國防等領域，精密零件通常具有不同的外觀形狀，單一平板形態的電磁屏蔽材料很難應對如此復雜的情形，因此具有結構可定制化的電磁屏蔽硅橡膠復合材料具有顯著的應用優勢與前景。

當前，對于電磁屏蔽材料宏觀結構的設計與定制化研究少之又少，一些科學家研究發現通過調控材料的宏觀結構(如薄膜結構、泡孔結構、鋸齒結構等)可制備出具有不同電磁屏蔽效能的特定形狀復合材料。這些電磁屏蔽效能的提高得益于電磁波在材料表面的多重反射或材料內部界面間多次折射路徑的增加。沈斌等人(Carbon,2017.113.55-62)利用預先制備的TPU/G薄膜，后經反復折疊形成具有一定鋸齒形結構的TPU/G復合材料，并探究了不同折疊角度對材料電磁屏蔽性能的影響關系。該方法簡單易操作，但薄膜的實際電磁屏蔽效果不佳，限制了其實際應用的可能性。

發明內容：